JP5568342B2 - Semiconductor device manufacturing method, substrate processing method, and substrate processing system - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method, substrate processing method, and substrate processing system Download PDF

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Description

本発明は、処理容器内で基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法、およびその工程において好適に用いられる基板処理システムに関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a step of processing a substrate in a processing container, and a substrate processing system suitably used in the step.

近年、半導体装置の微細化に伴い、例えばゲート電極、ソースやドレインの引き出し電極として、Si系の金属膜に代わり、Si以外の金属膜が用いられつつある。これらSi以外の金属膜の成膜方法としては、金属を含有した液体原料を気化させたガスと、反応ガスとを基板に供給するMOCVD(Metal−Organic Chemical Vapor Deposition)法、ALD(Atomic Layer Deposition)法、もしくはこれらに類似した手法が利用されている。   In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, metal films other than Si are being used instead of Si-based metal films, for example, as gate electrodes and source / drain lead electrodes. As a method for forming a metal film other than Si, a metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) method in which a gas obtained by vaporizing a liquid raw material containing metal and a reaction gas are supplied to a substrate, or ALD (Atomic Layer Deposition). ) Or similar methods are used.

しかしながら、液体原料を用いて上述の金属膜を成膜させる場合、成長速度が下地の表面状態に顕著に影響を受け、例えば薄膜が成長しなかったり、インキュベーションが生じて成膜の立ち上がりのタイミングがずれ、成長が不安定になったりする場合があった。例えば、窒化チタニウム(TiN)膜上に液体原料を用いてアルミニウム(Al)等の金属膜を形成しようとする場合、下地のTiN表面が露出している場合と、下地のTiN表面が酸化チタニウム(TiO)や酸窒化チタニウム(TiON)等で覆われている場合とでは、成膜速度が異なる場合があった。これは、Al等の金属材料が、TiN等の導電膜に吸着し易く、酸化物等からなる絶縁膜には吸着し難い性質を有するためと考えられる。 However, when the above-described metal film is formed using a liquid source, the growth rate is significantly affected by the surface condition of the base, for example, the thin film does not grow or incubation occurs, and the timing of film formation rises. In some cases, the growth may become unstable. For example, when a liquid film is used to form a metal film such as aluminum (Al) on a titanium nitride (TiN) film, the underlying TiN surface is exposed, and the underlying TiN surface is titanium oxide ( In some cases, the film formation rate was different from the case of being covered with TiO 2 ) or titanium oxynitride (TiON). This is presumably because a metal material such as Al is easily adsorbed on a conductive film such as TiN and is difficult to adsorb on an insulating film made of an oxide or the like.

本発明は、液体原料を用いてSi以外の金属膜を安定して成長させることが可能な半導体装置の製造方法および基板処理システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a substrate processing system capable of stably growing a metal film other than Si using a liquid raw material.

本発明の一態様によれば、基板上に形成された第1の金属膜の表面を水酸基で終端する第1の前処理を行う工程と、前記第1の前処理後の前記第1の金属膜に対して水素含有ガスを供給して第2の前処理を行う工程と、前記第2の前処理後の前記第1の金属膜上に第2の金属膜を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。   According to one aspect of the present invention, a step of performing a first pretreatment for terminating the surface of a first metal film formed on a substrate with a hydroxyl group, and the first metal after the first pretreatment Supplying a hydrogen-containing gas to the film and performing a second pretreatment; and forming a second metal film on the first metal film after the second pretreatment. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

本発明の他の態様によれば、基板を処理する第1の処理容器と、前記第1の処理容器内にHF水溶液を供給するHF水溶液供給系と、前記第1の処理容器内に収容した基板に対してHF水溶液を供給して基板上に形成された第1の金属膜の表面を水酸基で終端する第1の前処理を行うように前記HF水溶液供給系を制御する第1の制御部と、基板を処理する第2の処理容器と、前記第2の処理容器内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、前記第2の処理容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、前記第2の処理容器内に収容した基板に対して水素含有ガスを供給して前記第1の前処理後の前記第1の金属膜に対して第2の前処理を行い、その後、基板に対して原料ガスを供給して前記第2の前処理後の前記第1の金属膜上に第2の金属膜を形成するように、前記水素含有ガス供給系および前記原料ガス供給系を制御する第2の制御部と、を有する基板処理装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, the first processing container for processing the substrate, the HF aqueous solution supply system for supplying the HF aqueous solution into the first processing container, and the first processing container accommodated in the first processing container. A first control unit that controls the HF aqueous solution supply system to supply a HF aqueous solution to the substrate and to perform a first pretreatment for terminating the surface of the first metal film formed on the substrate with a hydroxyl group. A second processing container that processes the substrate, a hydrogen-containing gas supply system that supplies a hydrogen-containing gas into the second processing container, and a source gas supply that supplies a source gas into the second processing container A second pretreatment is performed on the first metal film after the first pretreatment by supplying a hydrogen-containing gas to the system and the substrate accommodated in the second treatment container; The source gas is supplied to the substrate and the first metal film after the second pretreatment is applied. So as to form a second metal layer, and a second control unit for controlling the hydrogen-containing gas supply system and the raw material gas supply system, a substrate processing apparatus having a provided.

本発明によれば、液体原料を用いてSi以外の金属膜を安定して成長させることが可能な半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method and substrate processing apparatus of a semiconductor device which can be made to grow stably metal films other than Si using a liquid raw material can be provided.

本発明の一実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。It is a flowchart of the substrate processing process concerning one Embodiment of this invention. (a)は本発明の一実施形態にかかる第1処理ユニット31の概略側面図であり、(b)は第1処理ユニット31の断面構成図である。(A) is a schematic side view of the 1st processing unit 31 concerning one embodiment of the present invention, and (b) is a section lineblock diagram of the 1st processing unit 31. 本発明の一実施形態にかかる第2処理ユニット32の有するガス供給系および排気系の構成図である。It is a block diagram of the gas supply system and exhaust system which the 2nd processing unit 32 concerning one Embodiment of this invention has. 本発明の一実施形態にかかる第2処理ユニット32のウエハ処理時における断面構成図である。It is a section lineblock diagram at the time of wafer processing of the 2nd processing unit 32 concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる第2処理ユニット32のウエハ搬送時における断面構成図である。It is a section lineblock diagram at the time of wafer conveyance of the 2nd processing unit 32 concerning one embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態にかかる第2処理ユニット32としての縦型CVD装置の縦型処理炉の概略構成図であり、(a)は処理炉302部分を縦断面で示し、(b)は処理炉302部分を(a)のA−A線断面図で示す。It is a schematic block diagram of the vertical processing furnace of the vertical CVD apparatus as the 2nd processing unit 32 concerning other embodiment of this invention, (a) shows the processing furnace 302 part in a longitudinal cross-section, (b) is The process furnace 302 part is shown by the AA line sectional view of (a). 第1の前処理工程、第2の前処理工程を実施した後のTiN膜の表面状態を示す図である。It is a figure which shows the surface state of the TiN film | membrane after implementing a 1st pre-processing process and a 2nd pre-processing process. 本発明の実施例および比較例における評価サンプルの電子顕微鏡画像を示す図である。It is a figure which shows the electron microscope image of the evaluation sample in the Example and comparative example of this invention.

<本発明の一実施形態>
以下に、本発明の一実施形態にかかる基板処理システムの構成、および該基板処理システムにより実施される半導体装置の製造工程の一工程としての基板処理工程について説明する。
<One Embodiment of the Present Invention>
Hereinafter, a configuration of a substrate processing system according to an embodiment of the present invention and a substrate processing process as one process of a semiconductor device manufacturing process performed by the substrate processing system will be described.

本実施形態にかかる基板処理システムは、後述する第1の前処理工程を実施する第1処理ユニットと、後述する第2の前処理工程および第2の金属膜を形成する工程を実施する第2処理ユニットと、を備えている。第1処理ユニットは洗浄装置として構成され、第2処理ユニットはCVD装置として構成されている。以下に、第1処理ユニットおよび第2処理ユニットの構成について順に説明する。   The substrate processing system according to the present embodiment implements a first processing unit that performs a first preprocessing step described later, a second preprocessing step described later, and a step of forming a second metal film. And a processing unit. The first processing unit is configured as a cleaning device, and the second processing unit is configured as a CVD device. Below, the structure of a 1st processing unit and a 2nd processing unit is demonstrated in order.

(1)第1処理ユニットの構成
まず、洗浄装置として構成された本実施形態にかかる第1処理ユニット31、すなわち第1の基板処理装置の構成について、図2を参照しながら説明する。図2(a)は、本発明の一実施形態にかかる第1処理ユニット31の概略側面図であり、図2(b)は、第1処理ユニット31の断面構成図である。
(1) Configuration of First Processing Unit First, the configuration of the first processing unit 31 according to the present embodiment configured as a cleaning apparatus, that is, the configuration of the first substrate processing apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 2A is a schematic side view of the first processing unit 31 according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional configuration diagram of the first processing unit 31.

図2に示すとおり、本実施形態にかかる第1処理ユニット31は、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ200を処理する第1の処理容器としての洗浄装置本体112を有している。洗浄装置本体112内にはウエハ200を洗浄する洗浄室114が構成されている。洗浄室114内には、ウエハ200を水平に支持する支持具118が配置されている。支持具118は、モータ等からなる回転機構120に回転軸121を介して接続されている。回転機構120により、水平に支持された状態のウエハ200を回転させるようになっている。   As shown in FIG. 2, the first processing unit 31 according to the present embodiment has a cleaning apparatus body 112 as a first processing container for processing a wafer 200 such as a silicon wafer as a substrate. A cleaning chamber 114 for cleaning the wafer 200 is configured in the cleaning apparatus main body 112. A support 118 for horizontally supporting the wafer 200 is disposed in the cleaning chamber 114. The support 118 is connected to a rotation mechanism 120 made of a motor or the like via a rotation shaft 121. The rotating mechanism 120 rotates the wafer 200 that is horizontally supported.

支持具118の周囲はカバー122により囲まれている。カバー122は、後述するように、支持具118によりウエハ200が回転させられる際にウエハ200から飛ぶ薬液を受け止めるようになっている。   The periphery of the support 118 is surrounded by a cover 122. As will be described later, the cover 122 receives chemicals that fly from the wafer 200 when the wafer 200 is rotated by the support 118.

図2(a)に示すように、洗浄装置本体112の側面には、基板搬送口124が形成さ
れている。基板搬送口124にはゲートバルブ126が設けられている。ゲートバルブ126により基板搬送口124が開閉される。また、洗浄装置本体112の外部には、基板搬送口124を介してウエハ200を支持具118に移載する基板移載機127が設けられている。
As shown in FIG. 2A, a substrate transfer port 124 is formed on the side surface of the cleaning apparatus main body 112. A gate valve 126 is provided at the substrate transfer port 124. The substrate transfer port 124 is opened and closed by the gate valve 126. In addition, a substrate transfer machine 127 that transfers the wafer 200 to the support 118 via the substrate transfer port 124 is provided outside the cleaning apparatus main body 112.

洗浄室114には、例えばフッ化水素(HF)水溶液、すなわちフッ酸を純水で希釈した希フッ酸(DHF(Diluted HF))等の洗浄液を供給する洗浄液供給部128が設けられている。洗浄液供給部128は、その先端(下流端)が支持具118に支持されたウエハ200の中心付近手前まで延びるように水平に配置されている。洗浄液供給部128の上流側は、洗浄液を供給する洗浄液供給源132に接続されている。洗浄液供給部128には洗浄液の供給を制御する制御バルブ132aが設けられている。洗浄液供給部128からはDHF等の洗浄液がウエハ200の中心に向けて供給される。主に、洗浄液供給部128、洗浄液供給源132及び制御バルブ132aにより洗浄液供給系(洗浄液供給ライン)としてのHF水溶液供給系(HF水溶液供給ライン)が構成される。   The cleaning chamber 114 is provided with a cleaning liquid supply unit 128 that supplies a cleaning liquid such as a hydrogen fluoride (HF) aqueous solution, that is, dilute hydrofluoric acid obtained by diluting hydrofluoric acid with pure water (DHF (Diluted HF)), for example. The cleaning liquid supply unit 128 is horizontally arranged so that the tip (downstream end) extends to near the center of the wafer 200 supported by the support 118. The upstream side of the cleaning liquid supply unit 128 is connected to a cleaning liquid supply source 132 that supplies the cleaning liquid. The cleaning liquid supply unit 128 is provided with a control valve 132a for controlling the supply of the cleaning liquid. A cleaning liquid such as DHF is supplied from the cleaning liquid supply unit 128 toward the center of the wafer 200. The cleaning liquid supply unit 128, the cleaning liquid supply source 132, and the control valve 132a mainly constitute an HF aqueous solution supply system (HF aqueous solution supply line) as a cleaning liquid supply system (cleaning liquid supply line).

また、洗浄室114には、例えば純水(DIW(Deionized Water))からなるリンス水を供給するリンス水供給部130が設けられている。リンス水供給部130は、その先端(下流端)が支持具118に支持されたウエハ200の中心付近手前まで延びるように水平に配置されている。リンス水供給部130の上流側は、リンス水を供給するリンス水供給源134に接続されている。リンス水供給部130にはリンス水の供給を制御する制御バルブ134aが設けられている。リンス水供給部130からは純水等のリンス水がウエハ200の中心に向けて供給される。主に、リンス水供給部130、リンス水供給源134及び制御バルブ134aによりリンス水供給系(リンス水供給ライン)としての純水供給系(純水供給ライン)が構成される。   The cleaning chamber 114 is provided with a rinsing water supply unit 130 for supplying rinsing water made of pure water (DIW (Deionized Water)), for example. The rinse water supply unit 130 is horizontally arranged so that the tip (downstream end) extends to near the center of the wafer 200 supported by the support 118. The upstream side of the rinse water supply unit 130 is connected to a rinse water supply source 134 that supplies rinse water. The rinse water supply unit 130 is provided with a control valve 134a for controlling the supply of rinse water. Rinse water such as pure water is supplied from the rinse water supply unit 130 toward the center of the wafer 200. The rinsing water supply unit 130, the rinsing water supply source 134, and the control valve 134a mainly constitute a pure water supply system (pure water supply line) as a rinsing water supply system (rinsing water supply line).

また、洗浄室114には、純水(DIW)からなる水を供給する給水部140が設けられている。給水部140は、その先端(下流端)が前述したカバー122の内側上部の周囲に開口し、他端(上流端)が純水を供給する純水供給源142に接続されており、カバー122の内面に純水を供給できるようになっている。給水部140には、純水の供給を制御する制御バルブ142aが設けられている。主に、給水部140、純水供給源142及び制御バルブ142aにより純水供給系(純水供給ライン)が構成される。なお、純水供給源142は、リンス水供給源134と共用とするようにしてもよい。   The cleaning chamber 114 is provided with a water supply unit 140 that supplies water made of pure water (DIW). The front end (downstream end) of the water supply unit 140 opens around the inside upper portion of the cover 122 described above, and the other end (upstream end) is connected to a pure water supply source 142 that supplies pure water. The pure water can be supplied to the inner surface. The water supply unit 140 is provided with a control valve 142a for controlling the supply of pure water. A pure water supply system (pure water supply line) is mainly configured by the water supply unit 140, the pure water supply source 142, and the control valve 142a. The pure water supply source 142 may be shared with the rinse water supply source 134.

カバー122の下面には、ウエハ200に供給された洗浄液や純水や、カバー122に供給された純水を排出する排出管144が接続されている。排出管144は、洗浄装置本体112の外部へ延びている。排出管144を介してカバー122内の洗浄液や純水が排出される。排出管144には、洗浄液や純水の排出を制御する制御バルブ144aが設けられている。主に、排出管144及び制御バルブ144aにより排出系(排出ライン)が構成される。   A discharge pipe 144 that discharges the cleaning liquid and pure water supplied to the wafer 200 and the pure water supplied to the cover 122 is connected to the lower surface of the cover 122. The discharge pipe 144 extends to the outside of the cleaning device main body 112. The cleaning liquid and pure water in the cover 122 are discharged through the discharge pipe 144. The discharge pipe 144 is provided with a control valve 144a that controls the discharge of the cleaning liquid and pure water. A discharge system (discharge line) is mainly configured by the discharge pipe 144 and the control valve 144a.

洗浄装置本体112の上部には、乾燥用ガス供給管146が接続されている。乾燥用ガス供給管146の上流側には、乾燥用ガス供給源148が接続されている。乾燥用ガス供給管146には、乾燥用ガスの供給を制御する制御バルブ148aが設けられている。乾燥用ガスとしては、例えば窒素(N)ガスが用いられる。さらに、洗浄装置本体112の下部には乾燥用ガスを排気する排気管150が接続されている。排気管150には、乾燥用ガスの排気を制御する制御バルブ150aが設けられている。主に、乾燥用ガス供給管146、乾燥用ガス供給源148及び制御バルブ148aにより乾燥用ガス供給系(乾燥用ガス供給ライン)としてのNガス供給系(Nガス供給ライン)が構成される。主に、排気管150及び制御バルブ150aにより排気系(排気ライン)が構成される。 A drying gas supply pipe 146 is connected to the upper part of the cleaning apparatus main body 112. A drying gas supply source 148 is connected to the upstream side of the drying gas supply pipe 146. The drying gas supply pipe 146 is provided with a control valve 148a for controlling the supply of the drying gas. For example, nitrogen (N 2 ) gas is used as the drying gas. Further, an exhaust pipe 150 for exhausting the drying gas is connected to the lower part of the cleaning apparatus main body 112. The exhaust pipe 150 is provided with a control valve 150a for controlling the exhaust of the drying gas. An N 2 gas supply system (N 2 gas supply line) as a drying gas supply system (drying gas supply line) is mainly configured by the drying gas supply pipe 146, the drying gas supply source 148, and the control valve 148a. The An exhaust system (exhaust line) is mainly configured by the exhaust pipe 150 and the control valve 150a.

本実施形態にかかる第1処理ユニット31は、第1処理ユニット31の各部の動作を制御する第1の制御部としての第1コントローラ180を有している。第1コントローラ180は、回転機構120、ゲートバルブ126、基板移載機127、制御バルブ132a,134a,142a,148a,144a,150a等の動作を制御する。   The first processing unit 31 according to the present embodiment includes a first controller 180 as a first control unit that controls the operation of each unit of the first processing unit 31. The first controller 180 controls operations of the rotation mechanism 120, the gate valve 126, the substrate transfer device 127, the control valves 132a, 134a, 142a, 148a, 144a, 150a, and the like.

(2)第2処理ユニットの構成
続いて、CVD装置として構成された本実施形態にかかる第2処理ユニット32、すなわち第2の基板処理装置の構成について、図4,5を参照しながら説明する。図4は、本発明の一実施形態にかかる第2処理ユニット32のウエハ処理時における断面構成図であり、図5は、本発明の一実施形態にかかる第2処理ユニット32のウエハ搬送時における断面構成図である。
(2) Configuration of Second Processing Unit Next, the configuration of the second processing unit 32 according to the present embodiment configured as a CVD apparatus, that is, the configuration of the second substrate processing apparatus will be described with reference to FIGS. . 4 is a cross-sectional configuration diagram of the second processing unit 32 according to an embodiment of the present invention during wafer processing, and FIG. 5 is a diagram of the second processing unit 32 according to an embodiment of the present invention during wafer transfer. FIG.

<処理室>
図4,5に示すとおり、本実施形態にかかる第2処理ユニット32は、第2の処理容器202を備えている。第2の処理容器202は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、第2の処理容器202は、例えばアルミニウム(Al)やステンレス(SUS)などの金属材料により構成されている。第2の処理容器202内には、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ200を処理する処理室201が形成されている。
<Processing chamber>
As shown in FIGS. 4 and 5, the second processing unit 32 according to the present embodiment includes a second processing container 202. The second processing container 202 is configured as a flat sealed container having a circular cross section, for example. The second processing container 202 is made of a metal material such as aluminum (Al) or stainless steel (SUS). A processing chamber 201 for processing a wafer 200 such as a silicon wafer as a substrate is formed in the second processing container 202.

<支持台>
処理室201内には、ウエハ200を支持する支持台203が設けられている。ウエハ200が直接触れる支持台203の上面には、例えば、石英(SiO)、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素(SiC)、酸化アルミニウム(Al)、又は窒化アルミニウム(AlN)などから構成された支持板としてのサセプタ217が設けられている。また、支持台203には、ウエハ200を加熱する加熱手段(加熱源)としてのヒータ206が内蔵されている。なお、支持台203の下端部は、第2の処理容器202の底部を貫通している。
<Support stand>
A support base 203 that supports the wafer 200 is provided in the processing chamber 201. For example, quartz (SiO 2 ), carbon, ceramics, silicon carbide (SiC), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or aluminum nitride (AlN) is formed on the upper surface of the support base 203 that the wafer 200 directly touches. A susceptor 217 is provided as a support plate. In addition, the support base 203 incorporates a heater 206 as a heating means (heating source) for heating the wafer 200. Note that the lower end portion of the support base 203 passes through the bottom portion of the second processing container 202.

<昇降機構>
処理室201の外部には、支持台203を昇降させる昇降機構207bが設けられている。この昇降機構207bを作動させて支持台203を昇降させることにより、サセプタ217上に支持されるウエハ200を昇降させることが可能となっている。支持台203は、ウエハ200の搬送時には図5で示される位置(ウエハ搬送位置)まで下降し、ウエハ200の処理時には図4で示される位置(ウエハ処理位置)まで上昇する。なお、支持台203下端部の周囲は、ベローズ203aにより覆われており、処理室201内は気密に保持されている。
<Elevating mechanism>
Outside the processing chamber 201, an elevating mechanism 207b for elevating the support base 203 is provided. The wafer 200 supported on the susceptor 217 can be moved up and down by operating the lifting mechanism 207 b to raise and lower the support base 203. The support table 203 is lowered to the position shown in FIG. 5 (wafer transfer position) when the wafer 200 is transferred, and is raised to the position shown in FIG. 4 (wafer processing position) when the wafer 200 is processed. The periphery of the lower end portion of the support base 203 is covered with a bellows 203a, and the inside of the processing chamber 201 is kept airtight.

<リフトピン>
また、処理室201の底面(床面)には、例えば3本のリフトピン208bが鉛直方向に立ち上がるように設けられている。また、支持台203(サセプタ217も含む)には、かかるリフトピン208bを貫通させる貫通孔208aが、リフトピン208bに対応する位置にそれぞれ設けられている。そして、支持台203をウエハ搬送位置まで下降させた時には、図5に示すように、リフトピン208bの上端部がサセプタ217の上面から突出して、リフトピン208bがウエハ200を下方から支持するようになっている。また、支持台203をウエハ処理位置まで上昇させたときには、図4に示すようにリフトピン208bはサセプタ217の上面から埋没して、サセプタ217がウエハ200を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン208bは、ウエハ200と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。
<Lift pin>
In addition, on the bottom surface (floor surface) of the processing chamber 201, for example, three lift pins 208b are provided so as to rise in the vertical direction. In addition, the support base 203 (including the susceptor 217) is provided with through holes 208a through which the lift pins 208b pass, at positions corresponding to the lift pins 208b. When the support table 203 is lowered to the wafer transfer position, as shown in FIG. 5, the upper end portion of the lift pin 208b protrudes from the upper surface of the susceptor 217, and the lift pin 208b supports the wafer 200 from below. Yes. When the support table 203 is raised to the wafer processing position, as shown in FIG. 4, the lift pins 208b are buried from the upper surface of the susceptor 217, and the susceptor 217 supports the wafer 200 from below. In addition, since the lift pins 208b are in direct contact with the wafer 200, it is desirable to form the lift pins 208b with a material such as quartz or alumina.

<ウエハ搬送口>
処理室201(第2の処理容器202)の内壁側面には、処理室201の内外にウエハ200を搬送するウエハ搬送口250が設けられている。ウエハ搬送口250にはゲートバルブ251が設けられており、ゲートバルブ251を開くことにより、処理室201内と搬送室(予備室)271内とが連通するようになっている。搬送室271は搬送容器(密閉容器)272内に形成されており、搬送室271内にはウエハ200を搬送する搬送ロボット273が設けられている。搬送ロボット273には、ウエハ200を搬送する際にウエハ200を支持する搬送アーム273aが備えられている。支持台203をウエハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ251を開くことにより、搬送ロボット273により処理室201内と搬送室271内との間でウエハ200を搬送することが可能となっている。処理室201内に搬送されたウエハ200は、上述したようにリフトピン208b上に一時的に載置される。なお、搬送室271のウエハ搬送口250が設けられた側と反対側には、図示しないロードロック室が設けられており、搬送ロボット273によりロードロック室内と搬送室271内との間でウエハ200を搬送することが可能となっている。なお、ロードロック室は、未処理もしくは処理済のウエハ200を一時的に収容する予備室として機能する。
<Wafer transfer port>
On the inner wall side surface of the processing chamber 201 (second processing container 202), a wafer transfer port 250 for transferring the wafer 200 into and out of the processing chamber 201 is provided. The wafer transfer port 250 is provided with a gate valve 251. By opening the gate valve 251, the inside of the processing chamber 201 and the transfer chamber (preliminary chamber) 271 communicate with each other. The transfer chamber 271 is formed in a transfer container (sealed container) 272, and a transfer robot 273 that transfers the wafer 200 is provided in the transfer chamber 271. The transfer robot 273 is provided with a transfer arm 273 a that supports the wafer 200 when the wafer 200 is transferred. By opening the gate valve 251 with the support 203 lowered to the wafer transfer position, the transfer robot 273 can transfer the wafer 200 between the processing chamber 201 and the transfer chamber 271. Yes. The wafer 200 transferred into the processing chamber 201 is temporarily placed on the lift pins 208b as described above. A load lock chamber (not shown) is provided on the opposite side of the transfer chamber 271 from the side where the wafer transfer port 250 is provided, and the wafer 200 is placed between the load lock chamber and the transfer chamber 271 by the transfer robot 273. Can be transported. The load lock chamber functions as a spare chamber for temporarily storing unprocessed or processed wafers 200.

<排気系>
処理室201(第2の処理容器202)の内壁側面であって、ウエハ搬送口250の反対側には、処理室201内の雰囲気を排気する排気口260が設けられている。排気口260には排気チャンバ260aを介して排気管261が接続されており、排気管261には、処理室201内を所定の圧力に制御するAPC(Auto Pressure Controller)等の圧力調整器262、原料回収トラップ263、および真空ポンプ264が順に直列に接続されている。主に、排気口260、排気チャンバ260a、排気管261、圧力調整器262、原料回収トラップ263、および真空ポンプ264により排気系(排気ライン)が構成される。
<Exhaust system>
An exhaust port 260 for exhausting the atmosphere in the processing chamber 201 is provided on the inner wall side surface of the processing chamber 201 (second processing container 202) on the opposite side of the wafer transfer port 250. An exhaust pipe 261 is connected to the exhaust port 260 via an exhaust chamber 260a. The exhaust pipe 261 has a pressure regulator 262 such as an APC (Auto Pressure Controller) that controls the inside of the processing chamber 201 at a predetermined pressure. A raw material recovery trap 263 and a vacuum pump 264 are connected in series in this order. An exhaust system (exhaust line) is mainly configured by the exhaust port 260, the exhaust chamber 260a, the exhaust pipe 261, the pressure regulator 262, the raw material recovery trap 263, and the vacuum pump 264.

<ガス導入口>
処理室201の上部に設けられる後述のシャワーヘッド240の上面(天井壁)には、処理室201内に各種ガスを供給するガス導入口210が設けられている。なお、ガス導入口210に接続されるガス供給系の構成については後述する。
<Gas inlet>
A gas inlet 210 for supplying various gases into the processing chamber 201 is provided on the upper surface (ceiling wall) of a shower head 240 described later provided in the upper portion of the processing chamber 201. The configuration of the gas supply system connected to the gas inlet 210 will be described later.

<シャワーヘッド>
ガス導入口210と処理室201との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド240が設けられている。シャワーヘッド240は、ガス導入口210から導入されるガスを分散させる分散板240aと、分散板240aを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台203上のウエハ200の表面に供給するシャワー板240bと、を備えている。分散板240aおよびシャワー板240bには、複数の通気孔が設けられている。分散板240aは、シャワーヘッド240の上面およびシャワー板240bと対向するように配置されており、シャワー板240bは、支持台203上のウエハ200と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド240の上面と分散板240aとの間、および分散板240aとシャワー板240bとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、ガス導入口210から供給されるガスを分散させる第1バッファ空間(分散室)240c、および分散板240aを通過したガスを拡散させる第2バッファ空間240dとしてそれぞれ機能する。
<Shower head>
A shower head 240 as a gas dispersion mechanism is provided between the gas inlet 210 and the processing chamber 201. The shower head 240 is a dispersion plate 240 a that disperses the gas introduced from the gas introduction port 210, and a shower plate that further uniformly disperses the gas that has passed through the dispersion plate 240 a and supplies it to the surface of the wafer 200 on the support table 203. 240b. The dispersion plate 240a and the shower plate 240b are provided with a plurality of vent holes. The dispersion plate 240 a is disposed so as to face the upper surface of the shower head 240 and the shower plate 240 b, and the shower plate 240 b is disposed so as to face the wafer 200 on the support table 203. Note that spaces are provided between the upper surface of the shower head 240 and the dispersion plate 240a, and between the dispersion plate 240a and the shower plate 240b, respectively, and the spaces are supplied from the gas inlet 210. Function as a first buffer space (dispersion chamber) 240c for dispersing the gas and a second buffer space 240d for diffusing the gas that has passed through the dispersion plate 240a.

<排気ダクト>
処理室201(第2の処理容器202)の内壁側面には、段差部201aが設けられている。そして、この段差部201aは、コンダクタンスプレート204をウエハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート204は、内周部にウエ
ハ200を収容する穴が設けられた1枚のドーナツ状(リング状)をした円板として構成されている。コンダクタンスプレート204の外周部には、所定間隔を開けて周方向に配列された複数の排出口204aが設けられている。排出口204aは、コンダクタンスプレート204の外周部がコンダクタンスプレート204の内周部を支えることができるよう、不連続に形成されている。
<Exhaust duct>
A step portion 201a is provided on the side surface of the inner wall of the processing chamber 201 (second processing container 202). The step portion 201a is configured to hold the conductance plate 204 in the vicinity of the wafer processing position. The conductance plate 204 is configured as a single donut-shaped (ring-shaped) disk in which a hole for accommodating the wafer 200 is provided in the inner periphery. A plurality of discharge ports 204 a arranged in the circumferential direction with a predetermined interval are provided on the outer periphery of the conductance plate 204. The discharge port 204 a is formed discontinuously so that the outer periphery of the conductance plate 204 can support the inner periphery of the conductance plate 204.

一方、支持台203の外周部には、ロワープレート205が係止している。ロワープレート205は、リング状の凹部205bと、凹部205bの内側上部に一体的に設けられたフランジ部205aとを備えている。凹部205bは、支持台203の外周部と、処理室201の内壁側面との隙間を塞ぐように設けられている。凹部205bの底部のうち排気口260付近の一部には、凹部205b内から排気口260側へガスを排出(流通)させるプレート排気口205cが設けられている。フランジ部205aは、支持台203の上部外周縁上に係止する係止部として機能する。フランジ部205aが支持台203の上部外周縁上に係止することにより、ロワープレート205が、支持台203の昇降に伴い、支持台203と共に昇降されるようになっている。   On the other hand, a lower plate 205 is locked to the outer peripheral portion of the support base 203. The lower plate 205 includes a ring-shaped concave portion 205b and a flange portion 205a provided integrally on the inner upper portion of the concave portion 205b. The recess 205 b is provided so as to close a gap between the outer peripheral portion of the support base 203 and the inner wall side surface of the processing chamber 201. A part of the bottom of the recess 205b near the exhaust port 260 is provided with a plate exhaust port 205c that exhausts (circulates) gas from the recess 205b to the exhaust port 260 side. The flange portion 205 a functions as a locking portion that locks on the upper outer periphery of the support base 203. When the flange portion 205 a is locked on the upper outer periphery of the support base 203, the lower plate 205 is moved up and down together with the support base 203 as the support base 203 is moved up and down.

支持台203がウエハ処理位置まで上昇したとき、ロワープレート205もウエハ処理位置まで上昇する。その結果、ウエハ処理位置近傍に保持されているコンダクタンスプレート204が、ロワープレート205の凹部205bの上面部分を塞ぎ、凹部205bの内部をガス流路領域とする排気ダクト259が形成されることとなる。なお、このとき、排気ダクト259(コンダクタンスプレート204およびロワープレート205)および支持台203によって、処理室201内が、排気ダクト259よりも上方の処理室201上部と、排気ダクト259よりも下方の処理室201下部と、に仕切られることとなる。なお、コンダクタンスプレート204およびロワープレート205は、排気ダクト259の内壁に堆積する反応生成物をエッチングする場合(セルフクリーニングする場合)を考慮して、高温保持が可能な材料、例えば、耐高温高負荷用石英で構成することが好ましい。   When the support table 203 is raised to the wafer processing position, the lower plate 205 is also raised to the wafer processing position. As a result, the conductance plate 204 held in the vicinity of the wafer processing position closes the upper surface portion of the recess 205b of the lower plate 205, and the exhaust duct 259 having the gas passage region inside the recess 205b is formed. . At this time, the inside of the processing chamber 201 is above the processing chamber 201 above the exhaust duct 259 and below the exhaust duct 259 by the exhaust duct 259 (the conductance plate 204 and the lower plate 205) and the support base 203. It will be partitioned into the lower part of the chamber 201. The conductance plate 204 and the lower plate 205 are made of materials that can be kept at a high temperature, for example, high temperature and high load resistance, in consideration of etching reaction products deposited on the inner wall of the exhaust duct 259 (self cleaning). Preferably, it is made of quartz for use.

ここで、ウエハ処理時における処理室201内のガスの流れについて説明する。まず、ガス導入口210からシャワーヘッド240の上部へと供給されたガスは、第1バッファ空間(分散室)240cを経て分散板240aの多数の孔から第2バッファ空間240dへと入り、さらにシャワー板240bの多数の孔を通過して処理室201内に供給され、ウエハ200上に均一に供給される。そして、ウエハ200上に供給されたガスは、ウエハ200の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウエハ200に接触した後の余剰なガスは、ウエハ200外周部に位置する排気ダクト259上、すなわち、コンダクタンスプレート204上を、ウエハ200の径方向外側に向かって放射状に流れ、コンダクタンスプレート204に設けられた排出口204aから、排気ダクト259内のガス流路領域内(凹部205b内)へと排出される。その後、ガスは排気ダクト259内を流れ、プレート排気口205cを経由して排気口260へと排気される。このようにガスを流すことで、処理室下部、すなわち、支持台203の裏面や処理室201の底面側へのガスの回り込みが抑制される。   Here, the flow of gas in the processing chamber 201 during wafer processing will be described. First, the gas supplied from the gas inlet 210 to the upper portion of the shower head 240 enters the second buffer space 240d through the first buffer space (dispersion chamber) 240c through a large number of holes in the dispersion plate 240a, and further into the shower. It passes through a number of holes in the plate 240 b and is supplied into the processing chamber 201, and is uniformly supplied onto the wafer 200. The gas supplied onto the wafer 200 flows radially outward of the wafer 200 in the radial direction. The surplus gas after contacting the wafer 200 flows radially on the exhaust duct 259 located on the outer peripheral portion of the wafer 200, that is, on the conductance plate 204, radially outward of the wafer 200. Is discharged into the gas flow path region (in the recess 205b) in the exhaust duct 259. Thereafter, the gas flows through the exhaust duct 259 and is exhausted to the exhaust port 260 via the plate exhaust port 205c. By flowing the gas in this way, gas wraparound to the lower portion of the processing chamber, that is, the back surface of the support base 203 or the bottom surface of the processing chamber 201 is suppressed.

<ガス供給系>
続いて、上述したガス導入口210に接続されるガス供給系の構成について、図3を参照しながら説明する。図3は、本発明の実施形態にかかる第2処理ユニット32の有するガス供給系および排気系の構成図である。
<Gas supply system>
Next, the configuration of the gas supply system connected to the gas inlet 210 described above will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration diagram of a gas supply system and an exhaust system included in the second processing unit 32 according to the embodiment of the present invention.

本発明の実施形態にかかる第2処理ユニット32の有するガス供給系は、常温で液体状態であるアルミニウム(Al)を含む液体原料を気化する気化部としてのバブラと、バブラにて液体原料を気化させて得た原料ガスを処理室201内に供給する原料ガス供給系と
、水素含有ガスを処理室201内に供給する水素含有ガス供給系と、パージガスを処理室201内に供給するパージガス供給系と、を有している。さらに、本発明の実施形態にかかる第2処理ユニット32は、バブラからの原料ガスを処理室201内に供給することなく処理室201をバイパスするよう排気するベント(バイパス)系を有している。以下に、各部の構成について説明する。
The gas supply system of the second processing unit 32 according to the embodiment of the present invention includes a bubbler as a vaporization unit that vaporizes a liquid material containing aluminum (Al) that is in a liquid state at room temperature, and vaporizes the liquid material with the bubbler. A raw material gas supply system for supplying the raw material gas into the processing chamber 201, a hydrogen-containing gas supply system for supplying a hydrogen-containing gas into the processing chamber 201, and a purge gas supply system for supplying a purge gas into the processing chamber 201 And have. Furthermore, the second processing unit 32 according to the embodiment of the present invention has a vent (bypass) system that exhausts the processing gas to bypass the processing chamber 201 without supplying the raw material gas from the bubbler into the processing chamber 201. . Below, the structure of each part is demonstrated.

<バブラ>
処理室201の外部には、液体原料を収容する原料容器としてのバブラ220aが設けられている。バブラ220aは、内部に液体原料を収容(充填)可能なタンク(密閉容器)として構成されており、また、液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させる気化部としても構成されている。なお、バブラ220aの周りには、バブラ220aおよび内部の液体原料を加熱するサブヒータ206aが設けられている。原料としては、例えば、アルミニウム(Al)元素を含む金属液体原料であるTMA(トリメチルアルミニウム、Al(CH)が用いられる。
<Bubbler>
Outside the processing chamber 201, a bubbler 220a is provided as a raw material container for storing a liquid raw material. The bubbler 220a is configured as a tank (sealed container) capable of containing (filling) a liquid source therein, and is also configured as a vaporizing unit that generates a source gas by vaporizing the liquid source by bubbling. A sub-heater 206a for heating the bubbler 220a and the liquid material inside is provided around the bubbler 220a. As the raw material, for example, TMA (trimethylaluminum, Al (CH 3 ) 3 ), which is a metal liquid raw material containing an aluminum (Al) element, is used.

バブラ220aには、キャリアガス供給管237aが接続されている。キャリアガス供給管237aの上流側端部には、図示しないキャリアガス供給源が接続されている。また、キャリアガス供給管237aの下流側端部はバブラ220a内に収容した液体原料内に浸されている。キャリアガス供給管237aには、キャリアガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ(MFC)222aと、キャリアガスの供給を制御するバルブva1,va2が設けられている。なお、キャリアガスとしては、液体原料とは反応しないガスを用いることが好ましく、例えばNガスやArガスやHeガス等の不活性ガスが好適に用いられる。主に、キャリアガス供給管237a、MFC222a、バルブva1,va2により、キャリアガス供給系(キャリアガス供給ライン)が構成される。 A carrier gas supply pipe 237a is connected to the bubbler 220a. A carrier gas supply source (not shown) is connected to the upstream end of the carrier gas supply pipe 237a. Further, the downstream end of the carrier gas supply pipe 237a is immersed in the liquid raw material accommodated in the bubbler 220a. The carrier gas supply pipe 237a is provided with a mass flow controller (MFC) 222a as a flow rate controller for controlling the supply flow rate of the carrier gas, and valves va1 and va2 for controlling the supply of the carrier gas. As the carrier gas, a gas that does not react with the liquid raw material is preferably used. For example, an inert gas such as N 2 gas, Ar gas, or He gas is preferably used. A carrier gas supply system (carrier gas supply line) is mainly configured by the carrier gas supply pipe 237a, the MFC 222a, and the valves va1 and va2.

上記構成により、バルブva1,va2を開き、キャリアガス供給管237aからMFC222aで流量制御されたキャリアガスをバブラ220a内に供給し、バブラ220a内部に収容された液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させることが可能となる。   With the above-described configuration, the valves va1 and va2 are opened, the carrier gas whose flow rate is controlled by the MFC 222a is supplied from the carrier gas supply pipe 237a into the bubbler 220a, and the liquid raw material contained in the bubbler 220a is vaporized by bubbling to generate the raw material gas Can be generated.

<原料ガス供給系>
バブラ220aには、バブラ220a内で生成された原料ガスを処理室201内に供給する原料ガス供給管213aが接続されている。原料ガス供給管213aの上流側端部は、バブラ220aの上部に存在する空間に連通している。原料ガス供給管213aの下流側端部は、ガス導入口210に接続されている。原料ガス供給管213aには、上流側から順にバルブva5,va3が設けられている。バルブva5はバブラ220aから原料ガス供給管213a内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、バブラ220aの近傍に設けられている。バルブva3は、原料ガス供給管213aから処理室201内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、ガス導入口210の近傍に設けられている。バルブva3と後述するバルブve3は高耐久高速ガスバルブとして構成されている。高耐久高速ガスバルブは、短時間で素早くガス供給の切り替えおよびガス排気ができるように構成された集積バルブである。なお、バルブve3は、原料ガス供給管213aのバルブva3とガス導入口210との間の空間を高速にパージしたのち、処理室201内をパージするパージガスの導入を制御するバルブである。
<Raw gas supply system>
A raw material gas supply pipe 213a for supplying the raw material gas generated in the bubbler 220a into the processing chamber 201 is connected to the bubbler 220a. The upstream end of the source gas supply pipe 213a communicates with the space existing above the bubbler 220a. The downstream end of the source gas supply pipe 213a is connected to the gas inlet 210. The source gas supply pipe 213a is provided with valves va5 and va3 in order from the upstream side. The valve va5 is a valve for controlling the supply of the source gas from the bubbler 220a into the source gas supply pipe 213a, and is provided in the vicinity of the bubbler 220a. The valve va3 is a valve that controls the supply of the source gas from the source gas supply pipe 213a into the processing chamber 201, and is provided in the vicinity of the gas inlet 210. The valve va3 and a valve ve3 described later are configured as a highly durable high-speed gas valve. The high durability high-speed gas valve is an integrated valve configured so that gas supply can be switched and gas exhausted quickly in a short time. The valve ve3 is a valve that controls the introduction of purge gas for purging the inside of the processing chamber 201 after purging the space between the valve va3 of the source gas supply pipe 213a and the gas inlet 210 at high speed.

上記構成により、バブラ220aにて液体原料を気化させて原料ガスを発生させるとともに、バルブva5,va3を開くことにより、原料ガス供給管213aから処理室201内へ原料ガスを供給することが可能となる。主に、原料ガス供給管213a、バルブva5,va3により原料ガス供給系(原料ガス供給ライン)が構成される。   With the above configuration, it is possible to supply the source gas from the source gas supply pipe 213a into the processing chamber 201 by opening the valves va5 and va3 while vaporizing the liquid source in the bubbler 220a. Become. A source gas supply system (source gas supply line) is mainly configured by the source gas supply pipe 213a and the valves va5 and va3.

また、主に、キャリアガス供給系、バブラ220a、原料ガス供給系により、原料供給系(原料供給ライン)が構成される。   Further, a raw material supply system (raw material supply line) is mainly configured by the carrier gas supply system, the bubbler 220a, and the raw material gas supply system.

<水素含有ガス供給系>
また、処理室201の外部には、還元性ガスである水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給源220bが設けられている。水素含有ガス供給源220bには水素含有ガス供給管213bの上流側端部が接続されている。水素含有ガス供給管213bの下流側端部はバルブvb3を介してガス導入口210に接続されている。水素含有ガス供給管213bには、水素含有ガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ(MFC)222bと、水素含有ガスの供給を制御するバルブvb1,vb2,vb3と、が設けられている。水素含有ガスとしては、例えば水素(H)ガスやアンモニア(NH)ガスが用いられる。主に、水素含有ガス供給源220b、水素含有ガス供給管213b、MFC222b、バルブvb1,vb2,vb3により水素含有ガス供給系(水素含有ガス供給ライン)が構成される。
<Hydrogen-containing gas supply system>
In addition, a hydrogen-containing gas supply source 220b that supplies a hydrogen-containing gas that is a reducing gas is provided outside the processing chamber 201. The upstream end of the hydrogen-containing gas supply pipe 213b is connected to the hydrogen-containing gas supply source 220b. The downstream end of the hydrogen-containing gas supply pipe 213b is connected to the gas inlet 210 through a valve vb3. The hydrogen-containing gas supply pipe 213b is provided with a mass flow controller (MFC) 222b as a flow rate controller that controls the supply flow rate of the hydrogen-containing gas, and valves vb1, vb2, and vb3 that control the supply of the hydrogen-containing gas. ing. As the hydrogen-containing gas, for example, hydrogen (H 2 ) gas or ammonia (NH 3 ) gas is used. A hydrogen-containing gas supply system (hydrogen-containing gas supply line) is mainly configured by the hydrogen-containing gas supply source 220b, the hydrogen-containing gas supply pipe 213b, the MFC 222b, and the valves vb1, vb2, and vb3.

<パージガス供給系>
また、処理室201の外部には、パージガスを供給するパージガス供給源220c,220eが設けられている。パージガス供給源220c,220eには、パージガス供給管213c,213eの上流側端部がそれぞれ接続されている。パージガス供給管213cの下流側端部は、バルブvc3を介してガス導入口210に接続されている。パージガス供給管213eの下流側端部は、バルブve3を介して、原料ガス供給管213aのバルブva3とガス導入口210との間の部分に合流して、ガス導入口210に接続されている。パージガス供給管213c,213eには、パージガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ(MFC)222c,222eと、パージガスの供給を制御するバルブvc1,vc2,vc3,ve1,ve2,ve3がそれぞれ設けられている。さらに、メンテナンス用として、水素含有ガス供給管213bの水素含有ガス供給源220bとバルブvb1との間に、パージガス供給管213fがバルブvc4を介して接続されている。パージガス供給管213fはパージガス供給管213cのマスフローコントローラ222cとバルブvc2との間の部分から分岐して設けられている。パージガスとしては、例えばNガスやArガスやHeガス等の不活性ガスが用いられる。主に、パージガス供給源220c,220e、パージガス供給管213c,213e,213f、MFC222c,222e、およびバルブvc1,vc2,vc3,vc4,ve1,ve2,ve3により、パージガス供給系(パージガス供給ライン)が構成される。
<Purge gas supply system>
Further, purge gas supply sources 220 c and 220 e for supplying a purge gas are provided outside the processing chamber 201. The upstream ends of the purge gas supply pipes 213c and 213e are connected to the purge gas supply sources 220c and 220e, respectively. The downstream end of the purge gas supply pipe 213c is connected to the gas inlet 210 through the valve vc3. The downstream end of the purge gas supply pipe 213e joins a portion between the valve va3 and the gas inlet 210 of the source gas supply pipe 213a via the valve ve3 and is connected to the gas inlet 210. The purge gas supply pipes 213c and 213e include mass flow controllers (MFC) 222c and 222e as flow rate controllers that control the supply flow rate of the purge gas, and valves vc1, vc2, vc3, ve1, ve2, and ve3 that control the supply of the purge gas. Each is provided. Further, for maintenance, a purge gas supply pipe 213f is connected via a valve vc4 between the hydrogen-containing gas supply source 220b of the hydrogen-containing gas supply pipe 213b and the valve vb1. The purge gas supply pipe 213f is branched from the portion of the purge gas supply pipe 213c between the mass flow controller 222c and the valve vc2. As the purge gas, for example, an inert gas such as N 2 gas, Ar gas, or He gas is used. A purge gas supply system (purge gas supply line) is mainly constituted by purge gas supply sources 220c and 220e, purge gas supply pipes 213c, 213e, and 213f, MFCs 222c and 222e, and valves vc1, vc2, vc3, vc4, ve1, ve2, and ve3. Is done.

<ベント(バイパス)系>
また、原料ガス供給管213aのバルブva3よりも上流側には、ベント管215aの上流側端部が接続されている。また、ベント管215a下流側端部は排気管261の圧力調整器262よりも下流側であって原料回収トラップ263よりも上流側に接続されている。ベント管215aには、ガスの流通を制御するバルブva4が設けられている。
<Vent (bypass) system>
The upstream end of the vent pipe 215a is connected to the upstream side of the valve va3 of the source gas supply pipe 213a. Further, the downstream end of the vent pipe 215 a is connected to the downstream side of the pressure regulator 262 of the exhaust pipe 261 and to the upstream side of the raw material recovery trap 263. The vent pipe 215a is provided with a valve va4 that controls the flow of gas.

上記構成により、バルブva3を閉じ、バルブva4を開くことで、原料ガス供給管213a内を流れるガスを、処理室201内に供給することなく、ベント管215aを介して処理室201をバイパスさせ、排気管261より排気することが可能となる。主に、ベント管215aおよびバルブva4によりベント系(ベントライン)が構成される。   With the above configuration, by closing the valve va3 and opening the valve va4, the process chamber 201 is bypassed through the vent pipe 215a without supplying the gas flowing in the source gas supply pipe 213a into the process chamber 201, Exhaust from the exhaust pipe 261 becomes possible. A vent system (vent line) is mainly configured by the vent pipe 215a and the valve va4.

なお、バブラ220aの周りには、サブヒータ206aが設けられることは上述した通りだが、この他、キャリアガス供給管237a、原料ガス供給管213a、パージガス供給管213e、ベント管215a、排気管261、第2の処理容器202、シャワーヘッド240等の周囲にもサブヒータ206aが設けられている。サブヒータ206aはこれ
らの部材を、例えば100℃以下の温度に加熱することで、これらの部材内部での原料ガスの再液化を防止するように構成されている。
Although the sub-heater 206a is provided around the bubbler 220a as described above, the carrier gas supply pipe 237a, the source gas supply pipe 213a, the purge gas supply pipe 213e, the vent pipe 215a, the exhaust pipe 261, the first A sub-heater 206a is also provided around the second processing vessel 202, the shower head 240, and the like. The sub-heater 206a is configured to prevent re-liquefaction of the source gas inside these members by heating these members to a temperature of, for example, 100 ° C. or less.

<第2の制御部>
本実施形態にかかる第2処理ユニット32は、第2処理ユニット32の各部の動作を制御する第2の制御部としての第2コントローラ280を有している。第2コントローラ280は、ゲートバルブ251、昇降機構207b、搬送ロボット273、ヒータ206、サブヒータ206a、圧力調整器(APC)262、真空ポンプ264、バルブva1〜va5,vb1〜vb3,vc1〜vc4,ve1〜ve3、流量コントローラ222a,222b,222c,222e等の動作を制御する。
<Second control unit>
The second processing unit 32 according to the present embodiment includes a second controller 280 as a second control unit that controls the operation of each unit of the second processing unit 32. The second controller 280 includes a gate valve 251, an elevating mechanism 207b, a transport robot 273, a heater 206, a sub heater 206a, a pressure regulator (APC) 262, a vacuum pump 264, valves va1 to va5, vb1 to vb3, vc1 to vc4, and ve1. ˜ve3, controls the operations of the flow rate controllers 222a, 222b, 222c, 222e and the like.

(3)基板処理工程
続いて、半導体装置の製造工程の一工程として、上述の基板処理システムを用いてウエハ200上に金属膜を形成する基板処理工程について、主に図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。なお、以下の説明において、第1処理ユニット31の動作は第1コントローラ180により制御され、第2処理ユニット32の動作は第2コントローラ280により制御される。
(3) Substrate Processing Step Next, a substrate processing step of forming a metal film on the wafer 200 using the above-described substrate processing system as one step of the semiconductor device manufacturing process will be described mainly with reference to FIG. To do. FIG. 1 is a flowchart of a substrate processing process according to an embodiment of the present invention. In the following description, the operation of the first processing unit 31 is controlled by the first controller 180, and the operation of the second processing unit 32 is controlled by the second controller 280.

なお、ここでは、ウエハ200上に形成された第1の金属膜としての窒化チタニウム(TiN)膜の表面を水酸基(OH基)で終端する第1の前処理を行い、第1の前処理後のTiN膜に対して水素含有ガスとしてのHガスを供給する第2の前処理を行い、第2の前処理後のTiN膜上に第2の金属膜としてのAl膜を形成する例について説明する。なお、第1の前処理は上述の第1処理ユニット31を用いて行い、第2の前処理およびAl膜の形成は上述の第2処理ユニット32を用いて行う。なお、Al膜の形成は、第2の処理容器202内に、アルミニウム(Al)を含む原料としてTMAを供給してウエハ200上に形成されたTiN膜上にアルミニウム膜(Al膜)を形成する工程と、第2の処理容器202内にパージガスを供給して第2の処理容器202内をパージする工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、CVD法により、第2の前処理がなされたTiN膜上に所定膜厚のAl膜を形成する例について説明する。 Here, a first pretreatment for terminating the surface of a titanium nitride (TiN) film as a first metal film formed on the wafer 200 with a hydroxyl group (OH group) is performed, and after the first pretreatment. An example in which a second pretreatment for supplying H 2 gas as a hydrogen-containing gas is performed on the TiN film, and an Al film as a second metal film is formed on the TiN film after the second pretreatment. explain. The first pretreatment is performed using the first processing unit 31 described above, and the second pretreatment and the formation of the Al film are performed using the second processing unit 32 described above. The Al film is formed by supplying TMA as a raw material containing aluminum (Al) in the second processing vessel 202 to form an aluminum film (Al film) on the TiN film formed on the wafer 200. The process and the step of supplying the purge gas into the second processing container 202 and purging the inside of the second processing container 202 are defined as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times. An example in which an Al film having a predetermined thickness is formed on a TiN film that has been processed will be described.

なお、本明細書では、金属膜という用語は、金属原子を含む導電性の物質で構成される膜を意味しており、これには、金属単体で構成される導電性の金属単体膜の他、導電性の金属窒化膜、導電性の金属酸化膜、導電性の金属酸窒化膜、導電性の金属複合膜、導電性の金属合金膜、導電性の金属シリサイド膜等も含まれる。なお、第1の金属膜としてのTiN膜は導電性の金属窒化膜であり、第2の金属膜としてのAl膜は導電性の金属単体膜である。以下、これを詳細に説明する。   In this specification, the term metal film means a film made of a conductive substance containing a metal atom, and includes a conductive single metal film made of a single metal. Also included are conductive metal nitride films, conductive metal oxide films, conductive metal oxynitride films, conductive metal composite films, conductive metal alloy films, conductive metal silicide films, and the like. The TiN film as the first metal film is a conductive metal nitride film, and the Al film as the second metal film is a conductive single metal film. This will be described in detail below.

<第1処理ユニットへの基板搬入工程(S1)、基板支持工程(S2)>
図2(a)における第1処理ユニット31のゲートバルブ126を開くことにより第1の処理容器としての洗浄装置本体112の基板搬送口124を開放し、基板移載機127により処理対象のウエハ200を洗浄室114内に搬入する(S1)。そして基板移載機127を制御してウエハ200を支持具118に受け渡し、ウエハ200を支持具118により支持させる(S2)。基板移載機127を洗浄室114の外部に戻した後、ゲートバルブ126を閉じることにより基板搬送口124を閉塞する。その後、回転機構120により回転軸121を介して支持具118を回転させることによりウエハ200の回転を開始する。なお、ウエハ200上には、第1の金属膜としてのTiN膜が形成されている。TiN膜は、例えばCVD法やALD法やPVD法により形成される。TiN膜の表面には、TiOやTiON等の酸化物が形成されている。上述したように、Al等の金属材料は、酸化物等からなる絶縁膜には吸着し難い性質を有する。第1処理ユニット31へ搬入されたウエハ200表面の状態を図7の(a)に例示する。
<Substrate carrying-in process to first processing unit (S1), substrate support process (S2)>
Opening the gate valve 126 of the first processing unit 31 in FIG. 2A opens the substrate transfer port 124 of the cleaning apparatus main body 112 as the first processing container, and the wafer 200 to be processed by the substrate transfer device 127. Is carried into the cleaning chamber 114 (S1). Then, the substrate transfer device 127 is controlled to deliver the wafer 200 to the support 118, and the wafer 200 is supported by the support 118 (S2). After returning the substrate transfer device 127 to the outside of the cleaning chamber 114, the substrate transfer port 124 is closed by closing the gate valve 126. Thereafter, the rotation of the wafer 200 is started by rotating the support 118 via the rotation shaft 121 by the rotation mechanism 120. Note that a TiN film as a first metal film is formed on the wafer 200. The TiN film is formed by, for example, a CVD method, an ALD method, or a PVD method. On the surface of the TiN film, an oxide such as TiO 2 or TiON is formed. As described above, a metal material such as Al has a property that it is difficult to adsorb on an insulating film made of an oxide or the like. The state of the surface of the wafer 200 loaded into the first processing unit 31 is illustrated in FIG.

<第1の前処理工程(S3)>
〔HF洗浄工程(S3a)〕
続いて、ウエハ200の回転を維持した状態で、制御バルブ132aを開き、洗浄液供給部128からDHFをウエハ200の中心に向けて供給する。このとき、制御バルブ142aを開き、給水部140からカバー122の内面に純水を供給する。これによりカバー122の内面に飛ばされたDHFを洗い流すことができる。制御バルブ144aを開くことで、ウエハ200に供給されたDHFや、カバー122の内面に供給された純水は、排水管144を介して外部に排出される。このときウエハ200上に供給されたDHFにより、ウエハ200に対して第1の前処理がなされる。すなわち、DHFがウエハ200に供給されることで、DHFに含まれるHF分子およびHO分子と、ウエハ200上に形成されているTiN表面上の酸化物であるTiO,TiON等とが反応し、TiFやO等が生成されてTiOやTiON等が除去されると共に、TiN膜の表面が露出される。そして、露出したTiN膜の表面がOH基により終端される。TiN膜の表面がOH基により終端された様子を図7の(b)に例示する。
<First Pretreatment Step (S3)>
[HF cleaning process (S3a)]
Subsequently, with the rotation of the wafer 200 maintained, the control valve 132 a is opened, and DHF is supplied from the cleaning liquid supply unit 128 toward the center of the wafer 200. At this time, the control valve 142 a is opened and pure water is supplied from the water supply unit 140 to the inner surface of the cover 122. As a result, the DHF blown to the inner surface of the cover 122 can be washed away. By opening the control valve 144a, the DHF supplied to the wafer 200 and the pure water supplied to the inner surface of the cover 122 are discharged to the outside through the drain pipe 144. At this time, the first pretreatment is performed on the wafer 200 by the DHF supplied onto the wafer 200. That is, by supplying DHF to the wafer 200, HF molecules and H 2 O molecules contained in the DHF react with TiO 2 , TiON, etc., which are oxides on the TiN surface formed on the wafer 200. Then, TiF 4 , O 2, etc. are generated to remove TiO 2 , TiON, etc., and the surface of the TiN film is exposed. Then, the exposed surface of the TiN film is terminated by OH groups. FIG. 7B illustrates a state in which the surface of the TiN film is terminated with OH groups.

〔リンス工程(S3b)〕
TiN膜表面のOH基による終端が完了したら、ウエハ200の回転を維持した状態で、制御バルブ132aを閉じて洗浄液供給部128からのDHFの供給を停止し、制御バルブ134aを開き、リンス水供給部130からリンス水としての純水をウエハ200の中心に向けて供給し、ウエハ表面に残留するDHFを洗い流す。このときも、制御バルブ142aを開き、給水部140からカバー122の内面に純水を供給する。これによりカバー122の内面に飛ばされた残留DHFを洗い流すことができる。制御バルブ144aを開くことで、洗い流されたDHFや、カバー122の内面に供給された純水は、排水管144を介して外部に排出される。
[Rinsing step (S3b)]
When termination of the surface of the TiN film by OH groups is completed, the control valve 132a is closed while the rotation of the wafer 200 is maintained, supply of DHF from the cleaning liquid supply unit 128 is stopped, control valve 134a is opened, and rinse water is supplied. Pure water as rinse water is supplied from the unit 130 toward the center of the wafer 200 to wash away DHF remaining on the wafer surface. Also at this time, the control valve 142 a is opened, and pure water is supplied from the water supply unit 140 to the inner surface of the cover 122. As a result, the residual DHF blown to the inner surface of the cover 122 can be washed away. By opening the control valve 144 a, the washed-out DHF and the pure water supplied to the inner surface of the cover 122 are discharged to the outside through the drain pipe 144.

〔乾燥工程(S3c)〕
ウエハ表面に残留するDHFを洗い流した後、ウエハ200の回転を維持した状態で、制御バルブ134a,142aを閉じてリンス水供給部130からのリンス水の供給および給水部140からの純水の供給を停止し、ウエハ200上のリンス水等を回転による遠心力でふるい落とす。このとき、制御バルブ148aを開き、乾燥用ガス供給源148から乾燥用ガス供給管146を介して乾燥用ガスとしてのNを洗浄室114内に供給して、洗浄室114内をN雰囲気とし、このN雰囲気中でウエハ200を乾燥させる。制御バルブ150aを開くことで、洗浄室114内に供給されたNは排気管150を介して外部に排気される。ウエハ200が乾燥した後、回転機構120による支持具118の回転を停止することによりウエハ200の回転を停止する。また、制御バルブ148aを閉じることによりNの洗浄室114内への供給も停止する。
[Drying step (S3c)]
After washing away the DHF remaining on the wafer surface, the control valves 134a and 142a are closed with the rotation of the wafer 200 maintained, and the supply of rinse water from the rinse water supply unit 130 and the supply of pure water from the water supply unit 140 The rinse water on the wafer 200 is removed by centrifugal force due to rotation. At this time, the control valve 148a is opened, N 2 as a drying gas is supplied from the drying gas supply source 148 through the drying gas supply pipe 146 into the cleaning chamber 114, and the cleaning chamber 114 is filled with an N 2 atmosphere. The wafer 200 is dried in this N 2 atmosphere. By opening the control valve 150a, N 2 supplied into the cleaning chamber 114 is exhausted to the outside through the exhaust pipe 150. After the wafer 200 is dried, the rotation of the wafer 200 is stopped by stopping the rotation of the support 118 by the rotation mechanism 120. Further, the supply of N 2 into the cleaning chamber 114 is also stopped by closing the control valve 148a.

<第1処理ユニットからの基板搬出工程(S4)>
その後、第1処理ユニット31のゲートバルブ126を開くことにより洗浄装置本体112の基板搬送口124を開放し、基板移載機127により第1の前処理が終了したウエハ200を洗浄室114内から搬出する。搬出後、ゲートバルブ126を閉じることにより基板搬送口124を閉塞する。洗浄室114内から搬出された第1の前処理が終了したウエハ200は、第2処理ユニット32に搬送される。このとき、ウエハ200上に形成されたTiN膜の表面はOH基により終端された状態が維持されている。なお、後述するように、TiN膜の表面は、OH基により終端されるだけではAlが吸着し易い状態とはならない。
<Substrate Unloading Step from First Processing Unit (S4)>
Thereafter, the substrate transfer port 124 of the cleaning apparatus main body 112 is opened by opening the gate valve 126 of the first processing unit 31, and the wafer 200 that has been subjected to the first pretreatment by the substrate transfer machine 127 is removed from the cleaning chamber 114. Take it out. After unloading, the substrate transfer port 124 is closed by closing the gate valve 126. The wafer 200 that has been unloaded from the cleaning chamber 114 and has undergone the first pretreatment is transferred to the second processing unit 32. At this time, the surface of the TiN film formed on the wafer 200 is maintained terminated with OH groups. As will be described later, the surface of the TiN film is not in a state where Al is easily adsorbed only by being terminated by OH groups.

<第2処理ユニットへの基板搬入工程(S5)、基板載置工程(S6)>
続いて、第1の前処理が終了したウエハ200を、第2処理ユニット32のロードロッ
ク室内に搬入する。ロードロック室内に搬入されたウエハ200は、搬送ロボット273によりロードロック室内から搬送室271内に搬送される。このとき、昇降機構207bを作動させ、支持台203を、図5に示すウエハ搬送位置まで下降させる。そして、ゲートバルブ251を開き、処理室201と搬送室271とを連通させる。そして、搬送ロボット273により搬送室271内から処理室201内へ処理対象の第1の前処理が終了したウエハ200を搬送アーム273aで支持した状態で搬入する(S5)。処理室201内に搬入したウエハ200は、支持台203の上面から突出しているリフトピン208b上に一時的に載置される。搬送ロボット273の搬送アーム273aが処理室201内から搬送室271内へ戻ると、ゲートバルブ251が閉じられる。
<Substrate Loading Step (S5), Substrate Placement Step (S6) to Second Processing Unit>
Subsequently, the wafer 200 for which the first pretreatment has been completed is carried into the load lock chamber of the second processing unit 32. The wafer 200 loaded into the load lock chamber is transferred from the load lock chamber into the transfer chamber 271 by the transfer robot 273. At this time, the lifting mechanism 207b is operated to lower the support table 203 to the wafer transfer position shown in FIG. Then, the gate valve 251 is opened to allow the processing chamber 201 and the transfer chamber 271 to communicate with each other. Then, the wafer 200 that has been subjected to the first pre-processing to be processed is transferred from the transfer chamber 271 into the processing chamber 201 by the transfer robot 273 while being supported by the transfer arm 273a (S5). The wafer 200 carried into the processing chamber 201 is temporarily placed on the lift pins 208 b protruding from the upper surface of the support table 203. When the transfer arm 273a of the transfer robot 273 returns from the processing chamber 201 to the transfer chamber 271, the gate valve 251 is closed.

続いて、昇降機構207bを作動させ、支持台203を、図4に示すウエハ処理位置まで上昇させる。その結果、リフトピン208bは支持台203の上面から埋没し、ウエハ200は、支持台203上面のサセプタ217上に載置される(S6)。   Subsequently, the elevating mechanism 207b is operated to raise the support table 203 to the wafer processing position shown in FIG. As a result, the lift pins 208b are buried from the upper surface of the support table 203, and the wafer 200 is placed on the susceptor 217 on the upper surface of the support table 203 (S6).

<圧力調整工程(S7)、温度調整工程(S8)>
続いて、圧力調整器(APC)262により、処理室201内の圧力が所定の処理圧力となるように制御する(S7)。また、ヒータ206に供給する電力を調整し、ウエハ200の表面温度が所定の処理温度となるように制御する(S8)。なお、温度調整工程(S8)は、圧力調整工程(S7)と並行して行うようにしてもよいし、圧力調整工程(S7)よりも先行して行うようにしてもよい。ここで、所定の処理温度、処理圧力とは、後述する原料供給工程(S10a)において、CVD法によりAl膜を形成可能な処理温度、処理圧力である。すなわち、原料供給工程(S10a)で用いる原料が自己分解する程度の処理温度、処理圧力である。なお、ここでいう所定の処理温度、処理圧力は、後述する水素含有ガス供給工程(S9a)において、ウエハ200に対して水素含有ガスによる第2の前処理がなされ得る処理温度、処理圧力でもある。
<Pressure adjustment step (S7), temperature adjustment step (S8)>
Subsequently, the pressure regulator (APC) 262 controls the pressure in the processing chamber 201 to be a predetermined processing pressure (S7). In addition, the power supplied to the heater 206 is adjusted to control the surface temperature of the wafer 200 to a predetermined processing temperature (S8). The temperature adjustment step (S8) may be performed in parallel with the pressure adjustment step (S7) or may be performed prior to the pressure adjustment step (S7). Here, the predetermined processing temperature and processing pressure are processing temperature and processing pressure at which an Al film can be formed by a CVD method in a raw material supply step (S10a) described later. That is, the processing temperature and the processing pressure are such that the raw material used in the raw material supply step (S10a) is self-decomposed. The predetermined processing temperature and processing pressure here are also the processing temperature and processing pressure at which the second pretreatment with the hydrogen-containing gas can be performed on the wafer 200 in the hydrogen-containing gas supply step (S9a) described later. .

なお、第2処理ユニットへの基板搬入工程(S5)、基板載置工程(S6)、圧力調整工程(S7)、および温度調整工程(S8)においては、真空ポンプ264を作動させつつ、バルブva3,vb3を閉じ、バルブvc1,vc2,vc3,ve1,ve2,ve3を開くことで、処理室201内にNガスを常に流しておく。これにより、ウエハ200上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。 In the substrate loading step (S5), the substrate placing step (S6), the pressure adjusting step (S7), and the temperature adjusting step (S8) into the second processing unit, the valve va3 is operated while the vacuum pump 264 is operated. , Vb3 are closed, and the valves vc1, vc2, vc3, ve1, ve2, ve3 are opened, so that the N 2 gas always flows into the processing chamber 201. As a result, it is possible to suppress the adhesion of particles on the wafer 200.

<第2の前処理工程(S9)>
〔水素含有ガス供給工程(S9a)〕
続いて、真空ポンプ264を作動させたまま、バルブvb1,vb2,vb3を開いて、処理室201内への水素含有ガスとしてのHガスまたはNHガスの供給を開始する。水素含有ガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内のウエハ200上に均一に供給される。余剰な水素含有ガスは、排気ダクト259内を流れ、排気口260、排気管261へと排気される。このときウエハ200上に供給された水素含有ガスにより、ウエハ200に対して第2の前処理がなされる。すなわち、ウエハ200上のTiN膜表面を終端しているOH基が、処理室201内に供給された水素含有ガスと反応してHOとなって、TiN膜表面から除去されると共に、TiN膜表面が水素(H)により終端される。TiN膜の表面がHにより終端された様子を図7(c)に例示する。なお、TiN膜の表面がHにより終端されることで、TiN膜の表面にはAlが吸着し易くなる。
<Second Pretreatment Step (S9)>
[Hydrogen-containing gas supply step (S9a)]
Subsequently, while the vacuum pump 264 is operated, the valves vb1, vb2, and vb3 are opened, and supply of H 2 gas or NH 3 gas as a hydrogen-containing gas into the processing chamber 201 is started. The hydrogen-containing gas is dispersed by the shower head 240 and is uniformly supplied onto the wafer 200 in the processing chamber 201. Excess hydrogen-containing gas flows through the exhaust duct 259 and is exhausted to the exhaust port 260 and the exhaust pipe 261. At this time, the wafer 200 is subjected to the second pretreatment by the hydrogen-containing gas supplied onto the wafer 200. That is, the OH group that terminates the surface of the TiN film on the wafer 200 reacts with the hydrogen-containing gas supplied into the processing chamber 201 to become H 2 O and is removed from the surface of the TiN film. The film surface is terminated with hydrogen (H). FIG. 7C illustrates a state in which the surface of the TiN film is terminated with H. The surface of the TiN film is terminated with H, so that Al is easily adsorbed on the surface of the TiN film.

なお、処理室201内への水素含有ガスの供給時には、原料ガス供給管213a内への水素含有ガスの侵入を防止するように、また、処理室201内における水素含有ガスの拡散を促すように、バルブve1,ve2,ve3は開いたままとし、処理室201内にNガスを常に流しておくことが好ましい。 When supplying the hydrogen-containing gas into the processing chamber 201, the hydrogen-containing gas is prevented from entering the source gas supply pipe 213a, and the diffusion of the hydrogen-containing gas in the processing chamber 201 is promoted. The valves ve 1, ve 2 and ve 3 are preferably kept open, and the N 2 gas is always allowed to flow into the processing chamber 201.

バルブvb1,vb2,vb3を開き水素含有ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブvb1,vb2,vb3を閉じ、処理室201内への水素含有ガスの供給を停止する。その後、水素含有ガス供給源220bに設けられた図示しないバルブを閉じた状態で、バルブvc1,vc4,vb1,vb2,vb3を開き、水素含有ガス供給管213b内にNガスを供給して、水素含有ガス供給管213b内をパージする。 After the valves vb1, vb2, vb3 are opened and the supply of the hydrogen-containing gas is started, when a predetermined time has elapsed, the valves vb1, vb2, vb3 are closed, and the supply of the hydrogen-containing gas into the processing chamber 201 is stopped. Thereafter, with the valves (not shown) provided in the hydrogen-containing gas supply source 220b closed, the valves vc1, vc4, vb1, vb2, and vb3 are opened, and N 2 gas is supplied into the hydrogen-containing gas supply pipe 213b. The inside of the hydrogen-containing gas supply pipe 213b is purged.

〔パージ工程(S9b)〕
その後、処理室201内の真空引きを行い、バルブvc1,vc2,vc3,ve1,ve2,ve3を開き、処理室201内にNガスを供給する。Nガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内に供給され、排気ダクト259内を流れ、排気口260、排気管261へと排気される。これにより、処理室201内に残留している水素含有ガスや反応副生成物を除去し、処理室201内をNガスによりパージする。パージ工程(S9b)を実施することにより、後述する原料供給工程(S10a)にて供給する原料ガスが水素含有ガス等と混合してしまうことを抑制できる。但し、パージ工程(S9b)は必ずしも実施しなくてもよい。
[Purge process (S9b)]
Thereafter, the processing chamber 201 is evacuated, the valves vc 1, vc 2, vc 3, ve 1, ve 2 and ve 3 are opened, and N 2 gas is supplied into the processing chamber 201. The N 2 gas is dispersed by the shower head 240 and supplied into the processing chamber 201, flows through the exhaust duct 259, and is exhausted to the exhaust port 260 and the exhaust pipe 261. As a result, the hydrogen-containing gas and reaction byproducts remaining in the processing chamber 201 are removed, and the inside of the processing chamber 201 is purged with N 2 gas. By carrying out the purge step (S9b), it is possible to suppress the raw material gas supplied in the raw material supply step (S10a) described later from being mixed with a hydrogen-containing gas or the like. However, the purge step (S9b) is not necessarily performed.

工程S1〜S9と並行して、原料(TMA)を気化させて原料ガスを生成(予備気化)させておく。すなわち、バルブva1,va2,va5を開き、キャリアガス供給管237aからMFC222aで流量制御されたキャリアガスをバブラ220a内に供給することにより、バブラ220a内部に収容された原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させておく(予備気化工程)。この予備気化工程では、真空ポンプ264を作動させつつ、バルブva3を閉じたまま、バルブva4を開くことにより、原料ガスを処理室201内に供給することなく処理室201をバイパスして排気しておく。バブラにて原料ガスを安定して生成させるには所定の時間を要する。このため、本実施形態では、原料ガスを予め生成させておき、バルブva3,va4の開閉を切り替えることにより、原料ガスの流路を切り替える。その結果、バルブの切り替えにより、処理室201内への原料ガスの安定した供給を迅速に開始あるいは停止できるようになり、好ましい。   In parallel with the steps S1 to S9, the raw material (TMA) is vaporized to generate a raw material gas (preliminary vaporization). That is, by opening the valves va1, va2, va5 and supplying the carrier gas whose flow rate is controlled by the MFC 222a from the carrier gas supply pipe 237a into the bubbler 220a, the raw material contained in the bubbler 220a is evaporated by bubbling. A gas is generated (preliminary vaporization step). In this preliminary vaporization step, while the vacuum pump 264 is operated, the valve va4 is opened while the valve va3 is closed, thereby bypassing and exhausting the processing chamber 201 without supplying the source gas into the processing chamber 201. deep. A predetermined time is required to stably generate the source gas in the bubbler. For this reason, in this embodiment, the raw material gas is generated in advance, and the flow path of the raw material gas is switched by switching the opening and closing of the valves va3 and va4. As a result, it is preferable that the stable supply of the source gas into the processing chamber 201 can be started or stopped quickly by switching the valve.

<Al膜形成工程(S10)>
〔原料供給工程(S10a)〕
続いて、真空ポンプ264を作動させたまま、バルブva4を閉じ、バルブva3を開いて、処理室201内への原料ガス(Al原料)の供給を開始する。原料ガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内のウエハ200上に均一に供給される。余剰な原料ガスは、排気ダクト259内を流れ、排気口260、排気管261へと排気される。このとき処理温度、処理圧力は原料ガスが自己分解する程度の処理温度、処理圧力とされるので、ウエハ200上に供給された原料ガスが熱分解することでCVD反応が生じ、これにより第2の前処理がなされたウエハ200上にAl膜が形成される。
<Al film forming step (S10)>
[Raw material supply step (S10a)]
Subsequently, the valve va4 is closed and the valve va3 is opened while the vacuum pump 264 is operated, and supply of the source gas (Al source) into the processing chamber 201 is started. The source gas is dispersed by the shower head 240 and uniformly supplied onto the wafer 200 in the processing chamber 201. Excess source gas flows through the exhaust duct 259 and is exhausted to the exhaust port 260 and the exhaust pipe 261. At this time, since the processing temperature and the processing pressure are set to a processing temperature and processing pressure at which the source gas is self-decomposed, the source gas supplied onto the wafer 200 is thermally decomposed to cause a CVD reaction. An Al film is formed on the wafer 200 that has been subjected to the pretreatment.

なお、処理室201内への原料ガスの供給時には、水素含有ガス供給管213b内への原料ガスの侵入を防止するように、また、処理室201内における原料ガスの拡散を促すように、バルブvc1,vc2,vc3は開いたままとし、処理室201内にNガスを常に流しておくことが好ましい。 When supplying the source gas into the processing chamber 201, a valve is used to prevent the source gas from entering the hydrogen-containing gas supply pipe 213b and to promote the diffusion of the source gas in the processing chamber 201. It is preferable that vc 1, vc 2, and vc 3 are kept open, and N 2 gas is always allowed to flow into the processing chamber 201.

バルブva3を開き原料ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブva3を閉じ、バルブva4を開いて、処理室201内への原料ガスの供給を停止する。   When a predetermined time has elapsed after opening the valve va3 and starting the supply of the raw material gas, the valve va3 is closed and the valve va4 is opened to stop the supply of the raw material gas into the processing chamber 201.

〔パージ工程(S8b)〕
バルブva3を閉じ、原料ガスの供給を停止した後は、バルブvc1,vc2,vc3,ve1,ve2,ve3を開き、処理室201内にNガスを供給する。Nガスは、
シャワーヘッド240により分散されて処理室201内に供給され、排気ダクト259内を流れ、排気口260、排気管261へと排気される。これにより、処理室201内に残留している原料ガスや反応副生成物を除去し、処理室201内をNガスによりパージする。
[Purge process (S8b)]
After the valve va3 is closed and the supply of the raw material gas is stopped, the valves vc1, vc2, vc3, ve1, ve2, ve3 are opened, and N 2 gas is supplied into the processing chamber 201. N 2 gas is
Dispersed by the shower head 240 and supplied into the processing chamber 201, flows through the exhaust duct 259, and is exhausted to the exhaust port 260 and the exhaust pipe 261. As a result, the raw material gas and reaction byproducts remaining in the processing chamber 201 are removed, and the inside of the processing chamber 201 is purged with N 2 gas.

〔所定回数実施工程(S10c)〕
以上の原料供給工程(S10a)、パージ工程(S10b)を1サイクルとして、このサイクルを所定回数実施することにより、第2の前処理工程(S9)がなされたTiN膜上に、第2の金属膜としての所定膜厚のアルミニウム膜(Al膜)を形成する。なお、本実施形態では、原料をパルス状に流すだけでなく、連続的に流すようにしてもよく、原料供給工程とパージ工程とのサイクルを1回実施するのがこのケース(原料を連続供給するケース)に相当する。
[Predetermined number of steps (S10c)]
The above-described raw material supply step (S10a) and purge step (S10b) are set as one cycle, and the second metal is formed on the TiN film subjected to the second pretreatment step (S9) by performing this cycle a predetermined number of times. An aluminum film (Al film) having a predetermined film thickness is formed as a film. In this embodiment, the raw material may be flowed not only in a pulse form but also continuously. In this case, the cycle of the raw material supply process and the purge process is performed once (in this case, the raw material is continuously supplied). Corresponds to the case).

〔残留ガス除去工程(S11)〕
ウエハ200上に所定膜厚のAl膜が形成された後、処理室201内の真空引きを行い、バルブvc1,vc2,vc3,ve1,ve2,ve3を開き、処理室201内にNガスを供給する。Nガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内に供給され、排気ダクト259内を流れ、排気口260、排気管261へと排気される。これにより、処理室201内に残留しているガスや反応副生成物を除去し、処理室201内をNガスによりパージする。
[Residual gas removal step (S11)]
After an Al film having a predetermined thickness is formed on the wafer 200, the processing chamber 201 is evacuated, the valves vc1, vc2, vc3, ve1, ve2, and ve3 are opened, and N 2 gas is supplied into the processing chamber 201. Supply. The N 2 gas is dispersed by the shower head 240 and supplied into the processing chamber 201, flows through the exhaust duct 259, and is exhausted to the exhaust port 260 and the exhaust pipe 261. As a result, gas and reaction byproducts remaining in the processing chamber 201 are removed, and the inside of the processing chamber 201 is purged with N 2 gas.

<第2処理ユニットからの基板搬出工程(S12)>
その後、上述した第2処理ユニットへの基板搬入工程(S5)、基板載置工程(S6)に示した手順とは逆の手順により、所定膜厚のAl膜を形成した後のウエハ200を処理室201内から搬送室271内へ搬出し、搬送室271内からロードロック室内へ搬送し、ロードロック室内から第2処理ユニット32の外部へ搬出して、本実施形態にかかる基板処理工程を完了する。
<Substrate Unloading Step from Second Processing Unit (S12)>
Thereafter, the wafer 200 after the formation of the Al film having a predetermined thickness is processed by a procedure reverse to the procedure shown in the substrate carry-in process (S5) and the substrate placement process (S6) described above. The substrate 201 is transferred from the chamber 201 into the transfer chamber 271, transferred from the transfer chamber 271 to the load lock chamber, and transferred from the load lock chamber to the outside of the second processing unit 32 to complete the substrate processing process according to this embodiment. To do.

なお、本実施形態における水素含有ガスによる第2の前処理工程(S9)でのウエハ200の処理条件としては、
処理温度(ウエハ温度):150〜400℃、
処理圧力(処理室内圧力):13〜1333Pa(0.1〜10Torr)、
水素含有ガス(HガスまたはNHガス)供給流量:0.1〜5slm、
水素含有ガス(HガスまたはNHガス)供給時間:10秒〜30分、
パージガス(N)供給流量:10〜10000sccm、
が例示される。
The processing conditions for the wafer 200 in the second pretreatment step (S9) with the hydrogen-containing gas in the present embodiment are as follows:
Processing temperature (wafer temperature): 150 to 400 ° C.
Processing pressure (processing chamber pressure): 13 to 1333 Pa (0.1 to 10 Torr),
Hydrogen-containing gas (H 2 gas or NH 3 gas) supply flow rate: 0.1-5 slm,
Hydrogen-containing gas (H 2 gas or NH 3 gas) supply time: 10 seconds to 30 minutes,
Purge gas (N 2 ) supply flow rate: 10 to 10,000 sccm,
Is exemplified.

また、本実施形態におけるAl膜形成工程(S10)でのウエハ200の処理条件としては、
処理温度(ウエハ温度):150〜400℃、
処理圧力(処理室内圧力):13〜1333Pa(0.1〜10Torr)、
バブリング用キャリアガス供給流量:10〜1000sccm、
(アルミニウム原料(TMA)ガス供給流量:0.1〜5slm)
パージガス(N)供給流量:10〜10000sccm、
1サイクルあたりの原料(TMA)供給時間:0.1〜600秒、
1サイクルあたりのパージ時間:0.1〜600秒、
サイクル数:1〜400回、
Al膜厚:10〜200nm
が例示される。なお、処理温度(ウエハ温度)および処理圧力(処理室内圧力)については、第2の前処理工程(S9)とAl膜形成工程(S10)とで一定とすることが好まし
い。
Further, as the processing conditions of the wafer 200 in the Al film forming step (S10) in the present embodiment,
Processing temperature (wafer temperature): 150 to 400 ° C.
Processing pressure (processing chamber pressure): 13 to 1333 Pa (0.1 to 10 Torr),
Bubbling carrier gas supply flow rate: 10 to 1000 sccm,
(Aluminum raw material (TMA) gas supply flow rate: 0.1-5 slm)
Purge gas (N 2 ) supply flow rate: 10 to 10,000 sccm,
Raw material (TMA) supply time per cycle: 0.1 to 600 seconds,
Purge time per cycle: 0.1 to 600 seconds,
Number of cycles: 1 to 400 times
Al film thickness: 10-200 nm
Is exemplified. Note that the processing temperature (wafer temperature) and the processing pressure (pressure in the processing chamber) are preferably constant in the second preprocessing step (S9) and the Al film forming step (S10).

なお、上述の処理圧力帯で、処理温度を150℃未満とすると、原料供給工程(S8a)において、原料(TMA)が自己分解せず、CVDによる成膜反応が生じなくなる。また、上述の処理圧力帯で、処理温度が400℃を超えると、成膜レートが上昇し過ぎ、膜厚を制御するのが難しくなる。よって、原料供給工程(S10a)において、CVDによる成膜反応を生じさせ、膜厚を制御可能とするためには、処理温度を150℃以上、400℃以下とする必要がある。なお、この処理圧力帯、処理温度帯であれば、水素含有ガス供給工程(S9a)において、ウエハ200に対して第2の前処理がなされ得ることを確認している。よって、本実施形態では、第2の前処理工程(S9)とAl膜形成工程(S10)とを、同様の処理温度帯、同様の処理圧力帯に設定して行っている。これにより、第2の前処理工程(S9)とAl膜形成工程(S10)との間に、処理温度を変更する工程や処理圧力を変更する工程を設けることが不要となり、スループット、すなわち生産性を向上させることができる。なお、生産性向上の観点では、第2の前処理工程(S9)とAl膜形成工程(S10)とを、同様の処理温度帯で行うことは重要であるが、処理圧力の変更については生産性に及ぼす影響は小さい。よって、第2の前処理工程(S9)では、第2の前処理に最適な圧力帯を選択するようにすればよい。   If the processing temperature is lower than 150 ° C. in the above processing pressure zone, the raw material (TMA) is not self-decomposed in the raw material supply step (S8a), and the film formation reaction by CVD does not occur. In addition, when the processing temperature exceeds 400 ° C. in the processing pressure zone described above, the film formation rate increases excessively, making it difficult to control the film thickness. Therefore, in the raw material supply step (S10a), the processing temperature needs to be 150 ° C. or higher and 400 ° C. or lower in order to cause a film forming reaction by CVD and control the film thickness. It has been confirmed that the second pretreatment can be performed on the wafer 200 in the hydrogen-containing gas supply step (S9a) within the processing pressure zone and the processing temperature zone. Therefore, in this embodiment, the second pretreatment step (S9) and the Al film formation step (S10) are performed by setting the same processing temperature zone and the same processing pressure zone. This eliminates the need to provide a process for changing the process temperature and a process for changing the process pressure between the second pretreatment process (S9) and the Al film formation process (S10), and throughput, that is, productivity. Can be improved. From the viewpoint of improving productivity, it is important to perform the second pretreatment step (S9) and the Al film formation step (S10) in the same treatment temperature range. The effect on sex is small. Therefore, in the second pretreatment step (S9), an optimum pressure zone for the second pretreatment may be selected.

本実施形態によれば、第2の前処理工程(S9)の前に、第1の前処理工程(S3)においてウエハ200に対してHF水溶液を用いた第1の前処理を施すことにより、TiN膜表面上の酸化物であるTiO,TiON等を除去すると共に、露出させたTiN膜の表面をOH基により終端する。また、Al膜形成工程(S10)の前に、第2の前処理工程(S9)においてウエハ200に対して水素含有ガスを用いた第2の前処理を施すことにより、TiN膜表面上のOH基を除去すると共に、露出させたTiN膜の表面をHにより終端する。これにより、TiN膜の表面にAlが吸着し易い状態を作り出すことができ、Al膜形成工程(S10)において初期核形成密度が密になり、その結果、薄膜領域での連続膜(低抵抗膜)の形成を安定して行うことが可能となり、表面ラフネスが少なく、良好な表面モフォロジを有する良質なAl膜を形成することが可能となる。 According to the present embodiment, by performing the first pretreatment using the HF aqueous solution on the wafer 200 in the first pretreatment step (S3) before the second pretreatment step (S9), TiO 2 , TiON, etc., which are oxides on the surface of the TiN film are removed, and the exposed surface of the TiN film is terminated with OH groups. Further, by performing a second pretreatment using a hydrogen-containing gas on the wafer 200 in the second pretreatment step (S9) before the Al film formation step (S10), the OH on the surface of the TiN film. The group is removed and the exposed surface of the TiN film is terminated with H. As a result, it is possible to create a state in which Al is easily adsorbed on the surface of the TiN film, and the initial nucleation density becomes dense in the Al film forming step (S10). As a result, a continuous film (low resistance film) in the thin film region ) Can be stably formed, and a high-quality Al film having a small surface roughness and a good surface morphology can be formed.

なお、良質なAl膜を形成するには、下地となるTiN膜表面が上述のようにHで終端されていることが好ましい。そのため、第2の前処理工程(S9)をAl膜形成工程(S10)の直前に行うのが好ましい。本実施形態によれば、第2の前処理工程(S9)とAl膜形成工程(S10)とを同一の第2の処理容器202内で連続的に行うようにしているため、第2の前処理工程(S9)をAl膜形成工程(S10)の直前に行うことが可能となる。なお、第2の前処理工程(S9)とAl膜形成工程(S10)とを別の処理容器で行うようにすると、TiN膜表面がHで終端された状態を、Al膜形成工程(S10)を実施するときまで維持できない可能性がある。   In order to form a high-quality Al film, it is preferable that the surface of the TiN film serving as a base is terminated with H as described above. Therefore, the second pretreatment step (S9) is preferably performed immediately before the Al film formation step (S10). According to the present embodiment, the second pretreatment step (S9) and the Al film formation step (S10) are continuously performed in the same second treatment container 202. The processing step (S9) can be performed immediately before the Al film forming step (S10). If the second pretreatment step (S9) and the Al film formation step (S10) are performed in different processing containers, the state in which the surface of the TiN film is terminated with H is changed to the Al film formation step (S10). May not be maintained until the time of implementation.

上述の実施形態では、水素含有ガスとしてHガスまたはNHガスのいずれも用いることが出来るが、Hガスを用いると特に大きな効果を得ることができる。また、水素含有ガスとして、HガスまたはNHガスをプラズマや熱などの活性化手段により活性化させて生成したラジカル種やイオン種を用いることも出来る。 In the above-described embodiment, either H 2 gas or NH 3 gas can be used as the hydrogen-containing gas. However, when H 2 gas is used, a particularly great effect can be obtained. In addition, radical species or ion species generated by activating H 2 gas or NH 3 gas by an activation means such as plasma or heat can be used as the hydrogen-containing gas.

上述の実施形態では、第1の金属膜としてTiN膜を用いたが、TiN膜の他、窒化タンタル(TaN)膜等を用いてもよい。なお、TaNは導電性の金属窒化膜である。   In the above-described embodiment, the TiN film is used as the first metal film, but a tantalum nitride (TaN) film or the like may be used in addition to the TiN film. TaN is a conductive metal nitride film.

上述の実施形態では、Al膜の形成に用いる金属原料としてTMAを用いたが、TMAの他、TEAL(トリエチルアルミニウム、Al(C)、TIBA(トリイソブチルアルミニウム、Al[(CHCHCH)、DMAH(ジメチルアルミハイドライド、Al(CHH)、DMEAA(ジメチルエチルアミノアラン、(C
N:AlH)等を用いてもよい。
In the above-described embodiment, TMA is used as the metal raw material used for forming the Al film. However, in addition to TMA, TEAL (triethylaluminum, Al (C 2 H 5 ) 3 ), TIBA (triisobutylaluminum, Al [(CH 3) 2 CHCH 2] 3) , DMAH ( dimethyl aluminum hydride, Al (CH 3) 2 H ), DMEAA ( dimethylethyl aminoalane, (C
H 3 ) 2 C 2 H 5 N: AlH 3 ) or the like may be used.

上述の実施形態では、原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させる例について説明したが、本発明はこれに限定されず、原料を気化器により気化させて原料ガスを生成するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the raw material gas is generated by bubbling the raw material gas has been described. However, the present invention is not limited to this, and the raw material gas may be generated by vaporizing the raw material with a vaporizer. Good.

上述の実施形態では、金属原料を間欠的に供給するCVD法を用いてAl膜を形成する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、金属原料を連続的に供給するCVD法や、2種以上のガスを交互に供給するALD(Atomic Layer Deposition)法を用いてAl膜を形成してもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the Al film is formed using the CVD method for intermittently supplying the metal raw material has been described. However, the present invention is not limited to this, and the CVD method for continuously supplying the metal raw material or The Al film may be formed by using an ALD (Atomic Layer Deposition) method in which two or more gases are alternately supplied.

上述の実施形態では、第2の金属膜としてAl膜を形成する例について説明したが、Al膜の他、ルテニウム(Ru)、タンタル(Ta)、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、イリジウム(Ir)、プラチナ(Pt)等の金属元素を含む金属膜を第2の金属膜として形成する場合にも本発明は好適に適用できる。   In the above-described embodiment, the example in which the Al film is formed as the second metal film has been described. However, in addition to the Al film, ruthenium (Ru), tantalum (Ta), titanium (Ti), tungsten (W), cobalt ( When a metal film containing a metal element such as Co), nickel (Ni), hafnium (Hf), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), iridium (Ir), platinum (Pt) is formed as the second metal film In addition, the present invention can be preferably applied.

<本発明の他の実施形態>
上述の実施形態では、第2処理ユニット32として1度に1枚の基板を処理する枚葉式のCVD装置を用いて成膜する例について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、第2処理ユニット32として1度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型CVD装置を用いて成膜するようにしてもよい。以下、この縦型CVD装置について説明する。
<Other Embodiments of the Present Invention>
In the above-described embodiment, an example of forming a film using the single-wafer type CVD apparatus that processes one substrate at a time as the second processing unit 32 has been described, but the present invention is not limited to the above-described embodiment. . For example, the second processing unit 32 may be formed using a batch type vertical CVD apparatus that processes a plurality of substrates at a time. Hereinafter, this vertical CVD apparatus will be described.

図6は、本実施形態にかかる第2処理ユニット32としての縦型CVD装置の縦型処理炉の概略構成図であり、(a)は、処理炉302部分を縦断面で示し、(b)は、処理炉302部分を図6(a)のA−A線断面図で示す。   FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a vertical CVD apparatus as the second processing unit 32 according to the present embodiment. FIG. 6A shows a processing furnace 302 portion in a vertical cross section, and FIG. Shows the processing furnace 302 portion in a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

図6(a)に示されるように、処理炉302は加熱手段(加熱機構)としてのヒータ307を有する。ヒータ307は円筒形状であり、保持板としてのヒータベースに支持されることにより垂直に据え付けられている。   As shown in FIG. 6A, the processing furnace 302 has a heater 307 as a heating means (heating mechanism). The heater 307 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a heater base as a holding plate.

ヒータ307の内側には、ヒータ307と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ303が配設されている。プロセスチューブ303は、例えば石英(SiO)や炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。プロセスチューブ303の筒中空部には処理室301が形成されており、基板としてのウエハ200を、後述するボート317によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。 Inside the heater 307, a process tube 303 as a reaction tube is disposed concentrically with the heater 307. The process tube 303 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened. A processing chamber 301 is formed in a cylindrical hollow portion of the process tube 303 so that wafers 200 as substrates can be accommodated in a state of being aligned in multiple stages in a vertical posture in a horizontal posture by a boat 317 described later.

プロセスチューブ303の下方には、プロセスチューブ303と同心円状にマニホールド309が配設されている。マニホールド309は、例えばステンレス等からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド309は、プロセスチューブ303に係合しており、プロセスチューブ303を支持するように設けられている。なお、マニホールド309とプロセスチューブ303との間には、シール部材としてのOリング320aが設けられている。マニホールド309がヒータベースに支持されることにより、プロセスチューブ303は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ303とマニホールド309とにより反応容器が形成される。   A manifold 309 is disposed below the process tube 303 concentrically with the process tube 303. The manifold 309 is made of, for example, stainless steel and has a cylindrical shape with an upper end and a lower end opened. The manifold 309 is engaged with the process tube 303 and is provided to support the process tube 303. An O-ring 320a as a seal member is provided between the manifold 309 and the process tube 303. Since the manifold 309 is supported by the heater base, the process tube 303 is vertically installed. A reaction vessel is formed by the process tube 303 and the manifold 309.

マニホールド309には、第1ガス導入部としての第1ノズル333aと、第2ガス導入部としての第2ノズル333bとが、マニホールド309の側壁を貫通するように接続
されている。第1ノズル333aと第2ノズル333bは、それぞれ水平部と垂直部とを有するL字形状であり、水平部がマニホールド309に接続され、垂直部がプロセスチューブ303の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ303の下部より上部の内壁に沿って、ウエハ200の積載方向に向かって立ち上がるように設けられている。第1ノズル333a、第2ノズル333bの垂直部の側面には、ガスを供給する供給孔である第1ガス供給孔348a、第2ガス供給孔348bがそれぞれ設けられている。この第1ガス供給孔348a、第2ガス供給孔348bは、それぞれ下部から上部にわたって同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
A first nozzle 333 a as a first gas introduction part and a second nozzle 333 b as a second gas introduction part are connected to the manifold 309 so as to penetrate the side wall of the manifold 309. Each of the first nozzle 333a and the second nozzle 333b has an L shape having a horizontal portion and a vertical portion, the horizontal portion is connected to the manifold 309, and the vertical portion is between the inner wall of the process tube 303 and the wafer 200. It is provided in an arc-shaped space so as to rise in the stacking direction of the wafer 200 along the inner wall above the lower part of the process tube 303. A first gas supply hole 348a and a second gas supply hole 348b, which are supply holes for supplying gas, are provided on the side surfaces of the vertical portions of the first nozzle 333a and the second nozzle 333b, respectively. The first gas supply hole 348a and the second gas supply hole 348b have the same opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same opening pitch.

第1ノズル333a、第2ノズル333bに接続されるガス供給系は、上述の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、第1ノズル333aに原料ガス供給系が接続され、第2ノズル333bに水素含有ガス供給系が接続される点が、上述の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、原料ガスと水素含有ガスとを、別々のノズルにより供給する。なお、原料ガスと水素含有ガスとは同一のノズルにより供給するようにしてもよい。   The gas supply system connected to the first nozzle 333a and the second nozzle 333b is the same as in the above-described embodiment. However, this embodiment is different from the above-described embodiment in that a source gas supply system is connected to the first nozzle 333a and a hydrogen-containing gas supply system is connected to the second nozzle 333b. That is, in this embodiment, the source gas and the hydrogen-containing gas are supplied by separate nozzles. The source gas and the hydrogen-containing gas may be supplied from the same nozzle.

マニホールド309には、処理室301内の雰囲気を排気する排気管331が設けられている。排気管331には、圧力検出器としての圧力センサ345および圧力調整器としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ342を介して、真空排気装置としての真空ポンプ346が接続されており、圧力センサ345により検出された圧力情報に基づきAPCバルブ342を調整することで、処理室301内の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気し得るように構成されている。なお、APCバルブ342は弁を開閉して処理室301内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調整して処理室301内の圧力を調整することができるよう構成されている開閉弁である。   The manifold 309 is provided with an exhaust pipe 331 that exhausts the atmosphere in the processing chamber 301. A vacuum pump 346 as an evacuation device is connected to the exhaust pipe 331 via a pressure sensor 345 as a pressure detector and an APC (Auto Pressure Controller) valve 342 as a pressure regulator. By adjusting the APC valve 342 based on the detected pressure information, the processing chamber 301 is configured to be evacuated so that the pressure in the processing chamber 301 becomes a predetermined pressure (degree of vacuum). Note that the APC valve 342 is configured to open and close the valve to evacuate / stop evacuation in the processing chamber 301, and to adjust the valve opening to adjust the pressure in the processing chamber 301. Open / close valve.

マニホールド309の下方には、マニホールド309の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ319が設けられている。シールキャップ319は、マニホールド309の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ319は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ319の上面には、マニホールド309の下端と当接するシール部材としてのOリング320bが設けられている。シールキャップ319の処理室301と反対側には、後述するボート317を回転させる回転機構367が設置されている。回転機構367の回転軸355は、シールキャップ319を貫通して、ボート317に接続されており、ボート317を回転させることでウエハ200を回転させるように構成されている。シールキャップ319は、プロセスチューブ303の外部に配置された昇降機構としてのボートエレベータ315によって、垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート317を処理室301内に対し搬入搬出することが可能となっている。   Below the manifold 309, a seal cap 319 is provided as a furnace port lid that can airtightly close the lower end opening of the manifold 309. The seal cap 319 is brought into contact with the lower end of the manifold 309 from the lower side in the vertical direction. The seal cap 319 is made of a metal such as stainless steel and is formed in a disk shape. On the upper surface of the seal cap 319, an O-ring 320b is provided as a seal member that contacts the lower end of the manifold 309. On the opposite side of the seal cap 319 from the processing chamber 301, a rotation mechanism 367 for rotating a boat 317 described later is installed. A rotation shaft 355 of the rotation mechanism 367 passes through the seal cap 319 and is connected to the boat 317, and is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 317. The seal cap 319 is configured to be moved up and down in a vertical direction by a boat elevator 315 as an elevating mechanism disposed outside the process tube 303, and thereby the boat 317 is carried into and out of the processing chamber 301. It is possible.

基板保持具としてのボート317は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなり、複数枚のウエハ200を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート317の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなる断熱部材318が設けられており、ヒータ307からの熱がシールキャップ319側に伝わりにくくなるように構成されている。プロセスチューブ303内には、温度検出器としての温度センサ363が設置されており、温度センサ363により検出された温度情報に基づきヒータ307への通電具合を調整することにより、処理室301内の温度が所定の温度分布となるように構成されている。温度センサ363は、第1ノズル333aおよび第2ノズル333bと同様に、プロセスチューブ303の内壁に沿って設けられている。   The boat 317 as a substrate holder is made of a heat-resistant material such as quartz or silicon carbide, and is configured to hold a plurality of wafers 200 in a horizontal posture and in a state where the centers are aligned with each other and held in multiple stages. Yes. A heat insulating member 318 made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide is provided at the lower part of the boat 317 so that heat from the heater 307 is not easily transmitted to the seal cap 319 side. A temperature sensor 363 as a temperature detector is installed in the process tube 303, and the temperature in the processing chamber 301 is adjusted by adjusting the power supply to the heater 307 based on the temperature information detected by the temperature sensor 363. Is configured to have a predetermined temperature distribution. Similar to the first nozzle 333a and the second nozzle 333b, the temperature sensor 363 is provided along the inner wall of the process tube 303.

制御部(制御手段)であるコントローラ380は、APCバルブ342、ヒータ307、温度センサ363、真空ポンプ346、回転機構367、ボートエレベータ315、バルブva1〜va5,vb1〜vb3,vc1〜vc4,ve1〜ve3、流量コントローラ222a,222b,222c,222e等の動作を制御する。   The controller 380 as a control unit (control means) includes an APC valve 342, a heater 307, a temperature sensor 363, a vacuum pump 346, a rotation mechanism 367, a boat elevator 315, valves va1 to va5, vb1 to vb3, vc1 to vc4, and ve1. The operation of ve3, flow rate controllers 222a, 222b, 222c, 222e and the like is controlled.

次に、上記構成にかかる縦型CVD装置の処理炉302を用いて、半導体装置の製造工程の一工程として、CVD法によりウエハ200上に金属膜を形成する基板処理工程について説明する。なお、以下の説明において、縦型CVD装置を構成する各部の動作は、コントローラ380により制御される。   Next, a substrate processing step of forming a metal film on the wafer 200 by the CVD method as one step of the semiconductor device manufacturing process using the processing furnace 302 of the vertical CVD apparatus according to the above configuration will be described. In the following description, the operation of each unit constituting the vertical CVD apparatus is controlled by the controller 380.

第1の前処理工程(S3)を実施した後の複数枚のウエハ200をボート317に装填(ウエハチャージ)する。そして、図6(a)に示すように、複数枚のウエハ200を保持したボート317を、ボートエレベータ315によって持ち上げて処理室301内に搬入(ボートロード)する。この状態で、シールキャップ319はOリング320bを介してマニホールド309の下端をシールした状態となる。   A plurality of wafers 200 after the first pretreatment step (S3) is performed are loaded into the boat 317 (wafer charge). 6A, the boat 317 holding a plurality of wafers 200 is lifted by the boat elevator 315 and loaded into the processing chamber 301 (boat loading). In this state, the seal cap 319 is in a state of sealing the lower end of the manifold 309 via the O-ring 320b.

処理室301内が所望の圧力(真空度)となるように、真空ポンプ346によって処理室301内を真空排気する。この際、処理室301内の圧力を圧力センサ345で測定して、この測定された圧力に基づき、APCバルブ342をフィードバック制御する。また、処理室301内が所望の温度となるように、ヒータ307によって加熱する。この際、処理室301内が所望の温度分布となるように、温度センサ363が検出した温度情報に基づきヒータ307への通電具合をフィードバック制御する。続いて、回転機構367によりボート317を回転させることで、ウエハ200を回転させる。   The inside of the processing chamber 301 is evacuated by a vacuum pump 346 so that the inside of the processing chamber 301 has a desired pressure (degree of vacuum). At this time, the pressure in the processing chamber 301 is measured by the pressure sensor 345, and the APC valve 342 is feedback-controlled based on the measured pressure. In addition, heating is performed by the heater 307 so that the inside of the processing chamber 301 has a desired temperature. At this time, feedback control of the power supply to the heater 307 is performed based on the temperature information detected by the temperature sensor 363 so that the inside of the processing chamber 301 has a desired temperature distribution. Subsequently, the wafer 200 is rotated by rotating the boat 317 by the rotation mechanism 367.

その後、上述の実施形態における第2の前処理工程(S9)、Al膜形成工程(S10)と同様な手順で、第2の前処理工程、Al膜形成工程を行う。ウエハ200上に、所定膜厚のAl膜が形成された後、上述の実施形態における残留ガス除去工程(S11)と同様な手順で残留ガス除去工程を行う。   Thereafter, the second pretreatment step and the Al film formation step are performed in the same procedure as the second pretreatment step (S9) and the Al film formation step (S10) in the above-described embodiment. After an Al film having a predetermined thickness is formed on the wafer 200, the residual gas removal step is performed in the same procedure as the residual gas removal step (S11) in the above-described embodiment.

その後、ボートエレベータ315によりシールキャップ319を下降させて、マニホールド309の下端を開口させるとともに、所定膜厚のAl膜が形成された後のウエハ200を、ボート317に保持させた状態でマニホールド309の下端からプロセスチューブ303の外部に搬出(ボートアンロード)する。その後、処理済のウエハ200をボート317より取り出す(ウエハディスチャージ)。   Thereafter, the seal cap 319 is lowered by the boat elevator 315 to open the lower end of the manifold 309, and the wafer 200 after the Al film having a predetermined thickness is formed on the manifold 309 while being held by the boat 317. Unload from the lower end of the process tube 303 (boat unload). Thereafter, the processed wafer 200 is taken out from the boat 317 (wafer discharge).

以上のように第2処理ユニット32としてバッチ式の縦型CVD装置を用いても、上述の実施形態に係る基板処理工程と同様の工程を実施することが可能であり、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。   As described above, even when a batch-type vertical CVD apparatus is used as the second processing unit 32, it is possible to perform the same process as the substrate processing process according to the above-described embodiment, and the same as in the above-described embodiment. The effect of can be obtained.

以下に、本発明の実施例を比較例と共に説明する。図8は、本発明の実施例および比較例における評価サンプルの電子顕微鏡画像(SEM画像)を示す図である。   Examples of the present invention will be described below together with comparative examples. FIG. 8 is a diagram showing electron microscopic images (SEM images) of evaluation samples in examples and comparative examples of the present invention.

(実施例1)
図8の(a)に、本実施例における評価サンプルの表面画像(SEM画像)を示す。本実施例では、厚さ100nmのSiO膜、厚さ10nmのTiN膜が表面に順に積層されたウエハに対して、上述の実施形態で説明した基板処理システムを用い、HF水溶液を用いた第1の前処理工程、水素含有ガスとしてのHガスを用いた第2の前処理工程、および原料としてのTMAを用いたAl膜形成工程を順に実施して、評価サンプルを作成した。そして、評価サンプルのAl膜の表面を電子顕微鏡により観察した(SEM観察)。
なお、第1の前処理工程、第2の前処理工程、およびAl膜形成工程は、上述の実施形態における第1の前処理工程、第2の前処理工程、およびAl膜形成工程の処理フローと同様に行った。また、第2の前処理工程における水素含有ガス供給時間を3分とし、Al膜形成工程における原料供給工程の実施時間を1秒とし、Al膜形成工程におけるパージ工程の実施時間を5秒とした。それ以外の処理条件は、上述の実施形態における各工程の処理条件の範囲内の値に設定した。
Example 1
FIG. 8A shows a surface image (SEM image) of the evaluation sample in this example. In this example, a substrate processing system described in the above-described embodiment is used for a wafer in which a SiO 2 film having a thickness of 100 nm and a TiN film having a thickness of 10 nm are sequentially stacked on the surface, and a first HF solution is used. An evaluation sample was prepared by sequentially performing a pretreatment step 1, a second pretreatment step using H 2 gas as a hydrogen-containing gas, and an Al film forming step using TMA as a raw material. And the surface of Al film | membrane of an evaluation sample was observed with the electron microscope (SEM observation).
The first pretreatment step, the second pretreatment step, and the Al film formation step are the process flow of the first pretreatment step, the second pretreatment step, and the Al film formation step in the above-described embodiment. As well as. In addition, the hydrogen-containing gas supply time in the second pretreatment process is 3 minutes, the raw material supply process in the Al film formation process is 1 second, and the purge process in the Al film formation process is 5 seconds. . Other processing conditions were set to values within the range of the processing conditions for each step in the above-described embodiment.

図8の(a)に示すように、本実施例では、厚さ50nm〜70nmの連続的なAl膜をTiN膜の表面に成膜させることができた。これは、本実施例では第1の前処理工程と第2の前処理工程とを実施しているため、図7の(c)に示すように、Al膜形成工程を実施する直前のTiN膜の表面がTiOやTiON等の酸化物で覆われることなく露出していると共にHにより終端され、Alが吸着し易い状態となっていることが原因と考えられる。すなわち、第1の前処理工程と第2の前処理工程とを実施することで、TiN膜の表面にAlが吸着し易い状態を作り出すことができることが分かる。 As shown in FIG. 8A, in this example, a continuous Al film having a thickness of 50 nm to 70 nm could be formed on the surface of the TiN film. This is because the first pretreatment step and the second pretreatment step are performed in this embodiment, and therefore, as shown in FIG. 7C, the TiN film immediately before the Al film formation step is performed. This is considered to be because the surface is exposed without being covered with an oxide such as TiO 2 or TiON, is terminated with H, and Al is easily adsorbed. That is, it can be seen that by performing the first pretreatment step and the second pretreatment step, it is possible to create a state in which Al is easily adsorbed on the surface of the TiN film.

(比較例1)
図8の(b)に、比較例1における評価サンプルの表面画像(SEM画像)を示す。本比較例では、上述のウエハに対して、第1の前処理工程を行った後、第2の前処理工程を行わずにAl膜形成工程を実施して、評価サンプルを作成した。第1の前処理工程、Al膜形成工程の処理フローおよび処理条件は実施例1と同様とした。そして、評価サンプルの表面を電子顕微鏡により観察した(SEM観察)。
(Comparative Example 1)
FIG. 8B shows a surface image (SEM image) of the evaluation sample in Comparative Example 1. In this comparative example, after the first pretreatment process was performed on the above-described wafer, the Al film formation process was performed without performing the second pretreatment process, and an evaluation sample was created. The processing flow and processing conditions of the first pretreatment step and Al film formation step were the same as those in Example 1. And the surface of the evaluation sample was observed with the electron microscope (SEM observation).

図8の(b)に示すように、本比較例では、AlはTiN膜上にアイランド状に形成され、連続的な膜とならなかった。なお、Alの厚さは0〜20nmであった。これは、本比較例では第2の前処理工程を行っていないため、図7の(d)に示すように、Al膜形成工程を実施する直前のTiN膜の表面がTiOやTiON等の酸化物で覆われることなく露出しているものの、OH基で終端されたままの状態となっていることが原因と考えられる。すなわち、DHFを供給する第1の前処理工程を実施するだけでは、TiN膜の表面にAlが吸着しにくい状態が維持されてしまうことが分かる。 As shown in FIG. 8B, in this comparative example, Al was formed in an island shape on the TiN film and did not become a continuous film. The thickness of Al was 0 to 20 nm. This is because the second pretreatment process is not performed in this comparative example, and as shown in FIG. 7D, the surface of the TiN film immediately before the Al film formation process is performed is made of TiO 2 or TiON. Although it is exposed without being covered with an oxide, it is considered that it is in a state of being terminated with an OH group. That is, it can be seen that the state in which Al is hardly adsorbed on the surface of the TiN film is maintained only by performing the first pretreatment step of supplying DHF.

(比較例2)
図8の(c)に、比較例2における評価サンプルの表面画像(SEM画像)を示す。本比較例では、上述のウエハに対して、第1の前処理工程を行わずに、第2の前処理工程およびAl膜形成工程を順に実施して、評価サンプルを作成した。第2の前処理工程、Al膜形成工程の処理フローおよび処理条件は実施例1と同様とした。そして、評価サンプルの表面を電子顕微鏡により観察した(SEM観察)。
(Comparative Example 2)
FIG. 8C shows a surface image (SEM image) of the evaluation sample in Comparative Example 2. In this comparative example, the second pretreatment step and the Al film forming step were sequentially performed on the above-described wafer without performing the first pretreatment step, and an evaluation sample was created. The processing flow and processing conditions of the second pretreatment step and Al film formation step were the same as those in Example 1. And the surface of the evaluation sample was observed with the electron microscope (SEM observation).

図8の(c)に示すように、本比較例では、AlはTiN膜上にアイランド状に形成され、連続的な膜とならなかった。なお、Alの厚さは0〜20nmであった。これは、本比較例では第1の前処理工程を行っていないため、図7の(e)に示すように、Al膜形成工程を実施する直前のTiN膜の表面にはTiOやTiON等の酸化物が形成されたままの状態となっていることが原因と考えられる。すなわち、Hガスを供給する第2の前処理工程を実施するだけでは、TiOやTiON等の酸化物を除去することができず、TiN膜の表面にAlが吸着しにくい状態が維持されてしまうことが分かる。 As shown in FIG. 8C, in this comparative example, Al was formed in an island shape on the TiN film and did not become a continuous film. The thickness of Al was 0 to 20 nm. This is because the first pretreatment process is not performed in this comparative example, and therefore, as shown in FIG. 7E, the surface of the TiN film immediately before the Al film formation process is performed, such as TiO 2 or TiON. It is thought that this is because the oxide is still formed. That is, it is not possible to remove oxides such as TiO 2 and TiON only by performing the second pretreatment step of supplying H 2 gas, and the state where Al is not easily adsorbed on the surface of the TiN film is maintained. You can see that

(比較例3)
図8の(d)に、比較例3における評価サンプルの表面画像(SEM画像)を示す。本比較例では、表面にTiN膜が形成されておらずSiが露出しているウエハに対して、第1の前処理工程、第2の前処理工程、Al膜形成工程を順に実施して、評価サンプルを作成した。そして、評価サンプルの表面を電子顕微鏡により観察した(SEM観察)。
(Comparative Example 3)
FIG. 8D shows a surface image (SEM image) of the evaluation sample in Comparative Example 3. In this comparative example, a first pretreatment step, a second pretreatment step, and an Al film formation step are sequentially performed on a wafer in which a TiN film is not formed on the surface and Si is exposed. An evaluation sample was created. And the surface of the evaluation sample was observed with the electron microscope (SEM observation).

図8の(d)に示すように、本比較例では、第1の前処理工程及び第2の前処理工程を行ってもAl膜を成長させることができなかった。これは、本比較例では、ウエハ搬送時等にウエハ表面のSiが酸化されてしまい、Al膜形成工程直前においてウエハ表面にSiO膜が形成された状態となってしまったことが原因と考えられる。すなわち、第1の前処理工程及び第2の前処理工程を行っても、Al膜形成工程直前の下地が絶縁物となってしまうと、Alを成長させることができないことが分かる。 As shown in FIG. 8D, in this comparative example, the Al film could not be grown even if the first pretreatment step and the second pretreatment step were performed. In this comparative example, it is considered that the Si on the wafer surface was oxidized during the wafer transfer or the like, and the SiO 2 film was formed on the wafer surface immediately before the Al film forming process. It is done. That is, it can be seen that even if the first pretreatment step and the second pretreatment step are performed, if the base immediately before the Al film formation step becomes an insulator, Al cannot be grown.

<本発明の好ましい態様>
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

本発明の一態様によれば、
基板上に形成された第1の金属膜(TiN膜)の表面を水酸基(OH基)で終端する第1の前処理を行う工程と、
前記第1の前処理後の前記第1の金属膜に対して水素含有ガスを供給して第2の前処理を行う工程と、
前記第2の前処理後の前記第1の金属膜上に第2の金属膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
According to one aspect of the invention,
Performing a first pretreatment for terminating the surface of the first metal film (TiN film) formed on the substrate with a hydroxyl group (OH group);
Supplying a hydrogen-containing gas to the first metal film after the first pretreatment and performing a second pretreatment;
Forming a second metal film on the first metal film after the second pretreatment;
A method of manufacturing a semiconductor device having the above is provided.

好ましくは、前記第2の前処理を行う工程と前記第2の金属膜を形成する工程とは、同一の処理容器内で連続的に行われる。   Preferably, the step of performing the second pretreatment and the step of forming the second metal film are continuously performed in the same processing container.

また好ましくは、前記第1の金属膜がTiN膜またはTaN膜である。   Preferably, the first metal film is a TiN film or a TaN film.

また好ましくは、前記第2の金属膜がAl膜である。   Preferably, the second metal film is an Al film.

また好ましくは、前記第1の前処理が、基板上に形成された第1の金属膜(TiN膜)の表面の酸化物を除去し、その表面を水酸基(OH基)で終端する処理である。   Preferably, the first pretreatment is a treatment for removing an oxide on the surface of the first metal film (TiN film) formed on the substrate and terminating the surface with a hydroxyl group (OH group). .

また好ましくは、前記第1の前処理が、HF水溶液による前記第1の金属膜の表面の洗浄処理である。   Preferably, the first pretreatment is a cleaning treatment of the surface of the first metal film with an HF aqueous solution.

また好ましくは、前記第2の前処理が、水酸基終端した前記第1の金属膜の表面を水素終端する処理である。   Preferably, the second pretreatment is a treatment in which the surface of the first metal film terminated with a hydroxyl group is terminated with hydrogen.

また好ましくは、前記水素含有ガスがHガスまたはNHガスである。 Preferably, the hydrogen-containing gas is H 2 gas or NH 3 gas.

本発明の他の態様によれば、
基板上に形成された第1の金属膜(TiN膜)の表面を水酸基終端する工程と、
水酸基終端した前記第1の金属膜の表面を水素終端する工程と、
水素終端した前記第1の金属膜上に第2の金属膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
A step of terminating the surface of the first metal film (TiN film) formed on the substrate with a hydroxyl group;
A step of hydrogen-termination of the surface of the first metal film terminated with a hydroxyl group;
Forming a second metal film on the first metal film terminated with hydrogen;
A method of manufacturing a semiconductor device having the above is provided.

本発明の更に他の態様によれば、
基板を処理する第1の処理容器と、
前記第1の処理容器内にHF水溶液を供給するHF水溶液供給系と、
前記第1の処理容器内に収容した基板に対してHF水溶液を供給して基板上に形成された第1の金属膜(TiN膜)の表面を水酸基(OH基)で終端する第1の前処理を行うように前記HF水溶液供給系を制御する第1の制御部と、
基板を処理する第2の処理容器と、
前記第2の処理容器内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記第2の処理容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記第2の処理容器内に収容した基板に対して水素含有ガスを供給して前記第1の前処理後の前記第1の金属膜に対して第2の前処理を行い、その後、基板に対して原料ガスを供給して前記第2の前処理後の前記第1の金属膜上に第2の金属膜を形成するように、前記水素含有ガス供給系および前記原料ガス供給系を制御する第2の制御部と、
を有する基板処理システムが提供される。
According to yet another aspect of the invention,
A first processing container for processing a substrate;
An HF aqueous solution supply system for supplying an HF aqueous solution into the first processing vessel;
HF aqueous solution is supplied to the substrate housed in the first processing container to terminate the surface of the first metal film (TiN film) formed on the substrate with a hydroxyl group (OH group). A first controller that controls the HF aqueous solution supply system to perform processing;
A second processing container for processing the substrate;
A hydrogen-containing gas supply system for supplying a hydrogen-containing gas into the second processing vessel;
A source gas supply system for supplying a source gas into the second processing vessel;
A hydrogen-containing gas is supplied to the substrate accommodated in the second processing container to perform a second pretreatment on the first metal film after the first pretreatment, and then to the substrate On the other hand, the hydrogen-containing gas supply system and the source gas supply system are controlled so as to supply a source gas and form a second metal film on the first metal film after the second pretreatment. A second control unit;
A substrate processing system is provided.

101 第1の処理容器
180 第1コントローラ(第1の制御部)
200 ウエハ(基板)
280 第2コントローラ(第2の制御部)
101 1st processing container 180 1st controller (1st control part)
200 wafer (substrate)
280 Second controller (second controller)

Claims (7)

基板上に形成された第1の金属膜の表面をHF水溶液により洗浄処理して水酸基で終端する第1の前処理を行う工程と、
前記第1の前処理後の前記第1の金属膜に対して水素含有ガスを供給して第2の前処理を行う工程と、
前記第2の前処理後の前記第1の金属膜上に第2の金属膜を形成する工程と、
を有し、
前記第1の金属膜がTiN膜またはTaN膜であり、前記第2の金属膜がAl膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Performing a first pretreatment for cleaning the surface of the first metal film formed on the substrate with an aqueous HF solution and terminating with a hydroxyl group;
Supplying a hydrogen-containing gas to the first metal film after the first pretreatment and performing a second pretreatment;
Forming a second metal film on the first metal film after the second pretreatment;
Have
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first metal film is a TiN film or a TaN film, and the second metal film is an Al film.
前記第2の前処理を行う工程と前記第2の金属膜を形成する工程とは、同一の処理容器内で連続的に行われることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of performing the second pretreatment and the step of forming the second metal film are continuously performed in the same processing container. . 前記第1の前処理が、基板上に形成された前記第1の金属膜の表面の酸化物を除去し、その表面を水酸基で終端する処理であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。   3. The process according to claim 1, wherein the first pretreatment is a process of removing an oxide on a surface of the first metal film formed on the substrate and terminating the surface with a hydroxyl group. The manufacturing method of the semiconductor device of description. 前記第2の前処理が、水酸基終端した前記第1の金属膜の表面を水素終端する処理であることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The second pre-processing method for forming a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3 The surface of the first metal film hydroxyl terminated characterized in that it is a process of hydrogen termination. 前記水素含有ガスがHガスまたはNHガスであることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the hydrogen-containing gas is H 2 gas or NH 3 gas. 基板上に形成された第1の金属膜の表面をHF水溶液により洗浄処理して水酸基で終端する第1の前処理を行う工程と、
前記第1の前処理後の前記第1の金属膜に対して水素含有ガスを供給して第2の前処理を行う工程と、
前記第2の前処理後の前記第1の金属膜上に第2の金属膜を形成する工程と、
を有し、
前記第1の金属膜がTiN膜またはTaN膜であり、前記第2の金属膜がAl膜である
ことを特徴とする基板処理方法。
Performing a first pretreatment for cleaning the surface of the first metal film formed on the substrate with an aqueous HF solution and terminating with a hydroxyl group;
Supplying a hydrogen-containing gas to the first metal film after the first pretreatment and performing a second pretreatment;
Forming a second metal film on the first metal film after the second pretreatment;
Have
The substrate processing method, wherein the first metal film is a TiN film or a TaN film, and the second metal film is an Al film.
基板を処理する第1の処理容器と、
前記第1の処理容器内にHF水溶液を供給するHF水溶液供給系と、
前記第1の処理容器内に収容した基板に対してHF水溶液を供給して基板上に形成されたTiN膜またはTaN膜からなる第1の金属膜の表面を水酸基で終端する第1の前処理を行うように前記HF水溶液供給系を制御する第1の制御部と、
基板を処理する第2の処理容器と、
前記第2の処理容器内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記第2の処理容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記第2の処理容器内に収容した基板に対して水素含有ガスを供給して前記第1の前処理後の前記第1の金属膜に対して第2の前処理を行い、その後、基板に対して原料ガスを供給して前記第2の前処理後の前記第1の金属膜上にAl膜からなる第2の金属膜を形成するように、前記水素含有ガス供給系および前記原料ガス供給系を制御する第2の制御部と、
を有することを特徴とする基板処理システム。
A first processing container for processing a substrate;
An HF aqueous solution supply system for supplying an HF aqueous solution into the first processing vessel;
A first pretreatment in which an aqueous HF solution is supplied to the substrate accommodated in the first processing container to terminate the surface of the first metal film made of TiN film or TaN film formed on the substrate with a hydroxyl group. A first control unit for controlling the HF aqueous solution supply system to perform
A second processing container for processing the substrate;
A hydrogen-containing gas supply system for supplying a hydrogen-containing gas into the second processing vessel;
A source gas supply system for supplying a source gas into the second processing vessel;
A hydrogen-containing gas is supplied to the substrate accommodated in the second processing container to perform a second pretreatment on the first metal film after the first pretreatment, and then to the substrate On the other hand, the hydrogen-containing gas supply system and the source gas supply so as to form a second metal film made of an Al film on the first metal film after the second pretreatment by supplying a source gas. A second control unit for controlling the system;
A substrate processing system comprising:
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